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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pH 309

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