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第1章 物质结构基础1

1.1原子结构的近代概念1

1.1.1微观粒子的波粒二象性2

1.1.2波函数与原子轨道3

1.1.3量子数3

1.1.4概率密度和电子云6

1.1.5波函数和电子云的图形7

1.2多电子原子结构和元素周期系10

1.2.1屏蔽效应和钻穿效应10

1.2.2原子轨道的能级10

1.2.3原子核外电子的分布11

1.2.4核外电子分布和元素周期系13

1.3化学键18

1.3.1离子键18

1.3.2共价键18

1.4分子间力和氢键26

1.4.1偶极矩26

1.4.2分子间力27

1.4.3氢键28

1.5晶体结构29

1.5.1典型晶体结构及其性质29

1.5.2过渡型晶体32

阅读材料晶体的缺陷33

思考题与习题34

第2章 化学热力学基础37

2.1化学反应中的能量变化37

2.1.1热力学第一定律37

2.1.2化学反应的热效应和焓变39

2.1.3赫斯定律41

2.2化学反应的方向和限度45

2.2.1自发过程的方向和推动力45

2.2.2熵和熵变46

2.2.3化学反应的方向与吉布斯函数变48

2.2.4化学平衡51

2.3化学反应速率55

2.3.1反应速率的概念55

2.3.2反应速率与浓度的关系56

2.3.3反应速率与温度的关系57

2.3.4反应速率与催化剂的关系58

阅读材料热力学之父——威廉·汤姆孙60

思考题与习题61

第3章 溶液平衡理论65

3.1稀溶液通性65

3.1.1溶液的蒸气压下降65

3.1.2溶液的沸点升高和凝固点下降66

3.1.3渗透压66

3.2酸碱溶液平衡67

3.2.1酸碱质子理论67

3.2.2酸碱平衡69

3.2.3酸碱缓冲溶液79

3.3难溶电解质溶液82

3.3.1溶度积常数82

3.3.2溶度积和溶解度的关系83

3.3.3溶度积规则及其应用86

3.4配合物溶液87

3.4.1配合物的组成88

3.4.2配合物的命名89

3.4.3配合平衡89

3.4.4配合物的应用92

阅读材料酸碱指示剂与酸碱滴定93

思考题与习题98

第4章 应用电化学103

4.1电化学基础103

4.1.1原电池103

4.1.2电极电势与能斯特方程105

4.1.3电极电势的应用111

4.2电解113

4.2.1电解池113

4.2.2分解电压和超电势113

4.2.3电解规律115

4.3金属的腐蚀与防护115

4.3.1化学腐蚀116

4.3.2电化学腐蚀116

4.3.3应力腐蚀118

4.3.4微生物腐蚀119

4.3.5金属的防护120

4.4电化学应用125

4.4.1电镀与电铸125

4.4.2电化学刻蚀128

4.4.3电化学抛光131

4.4.4电化学合成133

阅读材料电渗析方法介绍135

思考题与习题137

第5章 材料化学基础139

5.1高分子材料化学139

5.1.1高分子化合物概述139

5.1.2高分子结构与性能146

5.1.3工程塑料152

5.1.4合成橡胶154

5.1.5合成纤维156

5.1.6高分子复合材料157

5.1.7功能高分子材料158

5.2无机材料化学165

5.2.1硅酸盐材料165

5.2.2新型非金属材料169

5.3金属材料化学172

5.3.1金属概述172

5.3.2稀土金属175

5.3.3合金材料177

阅读材料新型陶瓷材料181

思考题182

第6章 表面活性剂化学183

6.1表面活性剂的结构特点和分类183

6.1.1表面活性剂的结构特点183

6.1.2表面活性剂的分类183

6.2表面活性剂的基本性质190

6.2.1表面张力和表面活性191

6.2.2临界胶束浓度191

6.2.3胶束增溶193

6.3表面活性剂结构对其性能的影响193

6.3.1亲水亲油平衡193

6.3.2憎水基种类的影响195

6.3.3亲水基相对位置的影响195

6.3.4憎水基结构中支链的影响196

6.3.5相对分子质量的影响196

6.4表面活性剂的基本作用196

6.4.1润湿和渗透作用196

6.4.2乳化和分散作用197

6.4.3起泡和消泡作用199

6.4.4洗涤作用199

6.5表面活性剂应用200

6.5.1金属清洗剂200

6.5.2电镀液添加剂202

阅读材料生物表面活性剂203

思考题204

第7章 环境与化学205

7.1环境污染与化学205

7.1.1生态平衡205

7.1.2大气环境207

7.1.3水体环境214

7.2环境保护与化学217

7.2.1大气污染的防治217

7.2.2生活用水的净化处理218

7.2.3废水处理220

7.3生命科学与化学222

7.3.1构成生命的重要物质222

7.3.2基因的表达与调控223

7.3.3生物膜223

7.3.4氧自由基与人体健康224

7.3.5微量元素与疾病225

阅读材料环境激素——人类生存的潜在威胁227

思考题228

第8章 能源化学229

8.1能源的分类229

8.2常规能源230

8.2.1煤炭230

8.2.2石油和天然气232

8.3化学电源234

8.3.1化学电源分类234

8.3.2一次电池234

8.3.3二次电池236

8.4新能源241

8.4.1太阳能241

8.4.2核能242

8.4.3氢能245

8.4.4生物质能246

8.4.5海洋能248

8.4.6地热能250

阅读材料生物柴油250

思考题251

第9章 纳米材料化学253

9.1纳米材料的发展253

9.2纳米材料的结构单元255

9.2.1团簇255

9.2.2人造原子255

9.2.3纳米微粒256

9.3纳米材料的性质257

9.3.1纳米材料的一般性质257

9.3.2纳米材料的光学性质259

9.4纳米材料的制备方法263

9.4.1气相法制备纳米微粒263

9.4.2液相法制备纳米微粒264

9.4.3固相法制备纳米微粒266

9.5纳米复合材料269

9.5.1纳米复合材料的定义269

9.5.2纳米复合材料的命名和分类270

9.5.3纳米复合材料的应用271

阅读材料纳米生物传感器272

思考题274

第10章 实验数据处理275

10.1有效数字275

10.1.1有效数字的概念275

10.1.2有效数字的运算规则276

10.2误差与偏差277

10.2.1误差与偏差的概念277

10.2.2系统误差及其传递279

10.2.3随机误差及其传递280

10.3实验数据的统计分析281

10.3.1t分布曲线281

10.3.2平均值的置信区间282

10.3.3t检验法283

10.3.4F检验法285

10.4实验数据优化286

10.4.1回归分析287

10.4.2正交试验设计289

阅读材料实验数据的平滑292

思考题与习题293

第11章 分析测试技术295

11.1原子吸收光谱分析295

11.1.1基本原理295

11.1.2仪器设备295

11.1.3方法特点及其应用296

11.2原子发射光谱分析296

11.2.1基本原理296

11.2.2仪器设备297

11.2.3方法特点及其应用298

11.3红外光谱分析299

11.3.1基本原理299

11.3.2仪器设备300

11.3.3方法特点及其应用300

11.4核磁共振谱301

11.4.1基本原理301

11.4.2仪器设备302

11.4.3方法特点及其应用303

11.5质谱分析303

11.5.1基本原理303

11.5.2仪器设备304

11.5.3方法特点及其应用304

11.6色谱分析305

11.6.1气相色谱分析305

11.6.2高效液相色谱分析307

11.7电化学分析308

11.7.1电位分析法基本原理309

11.7.2电位法测定溶液pH309

11.7.3方法特点及其应用310

11.8晶相分析310

11.8.1扫描电子显微镜310

11.8.2扫描隧道显微镜311

11.8.3X射线衍射分析312

11.8.4X射线光电子能谱法313

阅读材料原子力显微镜313

思考题314

参考答案315

主要参考文献318

附录321