01 / 導讀
導讀
引用
Chang, R. (2000). Physical Chemistry for the Chemical and Biological Sciences. University Science Books.
章節概要
全書共 23 章，另有兩個附錄（數學與物理複習、熱力學資料）、術語表和偶數編號計算題的答案。每章末附習題，出版方還說明每章有關鍵公式一覽。全書順序是傳統的：氣體、熱力學、溶液與平衡、動力學、量子力學與化學鍵、光譜學，然後是凝聚相與統計熱力學；生物學內容穿插在各化學章節之中，而不是集中放在最後。
第 1–3 章：緒論；氣體定律；氣體分子運動論
開頭幾章介紹物理化學的性質、單位、力、壓力、能量和莫耳，然後講從波義耳定律到理想氣體方程的氣體定律、真實氣體、凡得瓦方程與維裡方程，以及氣體的凝聚和臨界狀態。第 3 章建立分子運動模型，講馬克士威分佈、分子碰撞與平均自由程、氣體黏度、擴散與隙流，以及能量均分；其附錄複習全微分與偏微分。
第 4–6 章：熱力學第一定律；熱力學第二定律；吉布斯能與亥姆霍茲能及其應用
第 4 章講功、熱、焓、熱容、等溫與絕熱膨脹以及熱化學，包括鍵能。第 5 章依次討論自發過程、統計與熱力學熵、卡諾熱機、熵變和熱力學第三定律。第 6 章引入亥姆霍茲能和吉布斯能、它們對溫度和壓力的依賴、相平衡、克拉珀龍方程、相圖、相律，以及橡膠彈性的熱力學。
第 7–9 章：非電解質溶液；電解質溶液；化學平衡
第 7 章講濃度單位、偏莫耳量、混合、依數性質和二組分相平衡。第 8 章轉向溶液導電、離子活度、德拜–休克爾理論、唐南效應、生物膜與膜轉運。第 9 章先講氣體和溶液中的平衡，再講配體與大分子的結合、平衡透析，以及關於 ATP、偶聯反應和糖酵解的生物能學一節。
第 10–11 章：電化學；酸和鹼
第 10 章講電池、能斯特方程、電極類型、濃差電池和燃料電池，隨後是生物氧化、化學滲透理論、膜電位、戈德曼方程和動作電位。第 11 章講酸鹼定義、滴定與指示劑、氨基酸與等電點、緩衝溶液以及血液 pH 的維持。
第 12–13 章：化學動力學；酶動力學
第 12 章講反應速率與級數、反應分子數、複雜反應、阿瑞尼斯方程、碰撞理論與過渡態理論、溶液中的快速反應和振盪反應。第 13 章把這些應用到催化、米氏動力學與穩態動力學、胰凝乳蛋白酶案例、多底物體系、抑制作用、變構相互作用、希爾方程，以及氧與肌紅蛋白、血紅蛋白的結合。
第 14–16 章：量子力學與原子結構；化學鍵；分子間作用力
第 14 章從普朗克量子論和光電效應講到薛丁格方程、一維箱中粒子、穿隧、氫原子和多電子原子。第 15 章涵蓋路易斯結構、價鍵理論與分子軌道理論、共振、肽鍵和配位化合物。第 16 章講分子間作用力的類型、氫鍵、水和冰的結構以及疏水相互作用。
第 17–19 章：光譜學；分子對稱性與旋光性；光化學與光生物學
第 17 章講光譜學的基本術語和朗伯–比爾定律，然後依次是微波、紅外、電子、核磁共振和電子自旋共振光譜，以及熒光和激光。第 18 章介紹對稱元素、旋光和圓二色性。第 19 章涉及量子產率、大氣光化學（煙霧、臭氧）、光合作用、視覺和輻射的生物效應。
第 20–23 章：固態；液態；大分子；統計熱力學
第 20、21 章講晶系與 X 射線衍射，以及液體結構、黏度、表面張力、擴散和液晶。第 22 章討論測定大分子大小與形狀的方法、聚合物結構、蛋白質與 DNA 的結構，以及蛋白質穩定性與摺疊。第 23 章以微觀態、波茲曼分佈和配分函數收尾，並用它們求熱力學量、化學平衡和過渡態理論。
核心概念
第 1–6 章：氣體與熱力學
- 狀態方程：理想氣體方程，並以凡得瓦方程和維裡方程推廣到真實氣體。
- 熵：從統計和熱力學兩個角度定義，並與第二、第三定律聯繫起來。
- 吉布斯能：其對溫度和壓力的依賴是相平衡和相律的基礎。
第 7–11 章：溶液、平衡、電化學與酸鹼
- 偏莫耳量：混合熱力學和依數性質的基礎。
- 唐南效應與膜電位：處理離子跨生物膜的行為，涉及戈德曼方程和動作電位。
- 偶聯反應：ATP 如何驅動本來不利的過程，見第 9 章的生物能學一節。
第 12–13 章：動力學
- 阿瑞尼斯方程與過渡態理論：反應速率的溫度依賴及其分子層面的理論。
- 米氏動力學：酶催化的穩態處理，並擴展到抑制和變構作用。
第 14–19 章：量子理論、化學鍵與光譜學
- 薛丁格方程：從箱中粒子引入，並應用於氫原子。
- 分子軌道理論與價鍵理論：兩種成鍵描述，都結合肽鍵等生物學例子。
- 朗伯–比爾定律：光譜學一章中吸收測量的定量基礎。
第 20–23 章：凝聚相與統計熱力學
- 布拉格方程：X 射線結構測定所依據的關係。
- 配分函數：連接分子能級與宏觀熱力學量的橋梁。
評析
優點
- 目錄顯示生物學內容已融入標準順序：平衡一章中的配體結合與糖酵解、電化學中的膜電位、酸鹼中的氨基酸與血液緩衝、酶動力學中的胰凝乳蛋白酶與血紅蛋白，以及專門的光化學與光生物學一章。
- 出版方列出正文中的例題、約 1000 道章末習題、每章的關鍵公式一覽、術語表和偶數編號計算題答案，另有配套的習題解答手冊。
- 出版方引用的評論稱其“讓生命科學的學生在他們所在的起點上入門”（《化學教育雜誌》，2001 年），預審評論者則稱之為較溫和的物理化學教材。
- 內容範圍足以支撐全年課程，包括統計熱力學與大分子，一本書即可貫穿整個序列。
侷限
- 全書約 1000 頁，對一學期課程而言偏長，教師需要選擇章節。
- 量子力學只在一章（第 14 章）中引入，隨後才是化學鍵與光譜學；需要更深入量子化學的學生要另配數學要求更高的教材。
在課程中的定位
在本站的物理化學書目中，這是一部篇幅完整、面向生物學的本科教材。阿特金斯的《物理化學簡明導讀》和蒙克的一年級教材適合想要更輕鬆或更早起步的讀者。阿特金斯、德保拉與基勒的《物理化學》是面向化學專業的更重的綜合教材，麥克奎裡與西蒙的《分子熱力學》則是更高級的統計處理。張的這本介於其間：比入門讀物完整，比專業教材要求低，特色在於生物學應用。
如何使用本書
本書適合化學、生物化學和生命科學專業修讀一到兩個學期的三年級物理化學課程的學生，也適合醫學預科生。附錄 A 的數學與物理複習是微積分生疏的讀者的第一站。
第一遍可按順序讀第 1–13 章：氣體、三大定律、自由能、溶液、平衡、電化學、酸鹼和動力學，這是核心。第 14–19 章是量子、化學鍵和光譜學序列，可以放在另一個學期。第 20–23 章（固態與液態、大分子和統計熱力學）最好按課程需要作為可選的延伸。
做章末習題，並用書後偶數題答案核對，把每章的關鍵公式一覽當作複習清單。若覺得某個推導過於簡略，可用同一課程中要求更嚴格的教材補充。