Physical Chemistry 4th Edition by Robert J. Silbey, Alberty & Bawendi - MIT

Trường đại học

Massachusetts Institute of Technology

Chuyên ngành

Hóa học vật lý

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Giáo trình

2005

959
0
0

Phí lưu trữ

135 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình Physical Chemistry 4th ed Robert J Silbey

Giáo trình Physical Chemistry ấn bản thứ tư do Robert J. Silbey, Robert A. Alberty và Moungi G. Bawendi biên soạn là tài liệu hóa lý được sử dụng rộng rãi trong giảng dạy đại học. Cuốn sách do John Wiley & Sons xuất bản năm 2005. Mục tiêu chính là trình bày các khái niệm và phương pháp hóa lý một cách rõ ràng cho sinh viên đã hoàn thành chương trình giải tích và vật lý cơ bản. Nội dung bao gồm các chủ đề cốt lõi như nhiệt động lực học, cân bằng hóa học, động học hóa học, cơ học lượng tử và quang phổ học. Các tác giả nhấn mạnh hiểu sâu lý thuyết nền tảng song song với khả năng giải quyết vấn đề thực tế. Giáo trình cung cấp hai loại bài tập: tính toán bằng máy tính bỏ túi và bài tập máy tính đòi hỏi phần mềm toán học chuyên dụng. Cách tiếp cận từ quan điểm học thuật nhưng có nhiều ứng dụng thực tiễn giúp sinh viên dễ dàng liên kết lý thuyết với thực hành.

1.1. Thông tin về nhóm tác giả Robert J. Silbey và cộng sự

Robert J. Silbey là Giáo sư Hóa học thuộc Class of 1942 tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Ông đồng biên soạn giáo trình cùng Robert A. Alberty, Giáo sư Danh dự Hóa học MIT, và Moungi G. Bawendi, Giáo sư Hóa học MIT. Ba tác giả đều là những chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực hóa lý với nhiều năm kinh nghiệm giảng dạy và nghiên cứu. Sự kết hợp giữa kinh nghiệm sư phạm và chuyên môn nghiên cứu sâu rộng giúp giáo trình đạt được sự cân bằng hoàn hảo giữa tính học thuật và khả năng tiếp cận. Đội ngũ biên tập chuyên nghiệp từ John Wiley & Sons đảm bảo chất lượng nội dung và hình thức trình bày.

1.2. Cấu trúc và phạm vi nội dung giáo trình hóa lý

Giáo trình Physical Chemistry 4th ed Robert J Silbey được tổ chức theo cấu trúc logic, bắt đầu từ các nguyên tắc cơ bản của nhiệt động lực học và phương trình trạng thái. Chương đầu tiên giới thiệu Định luật Zero của nhiệt động lực học và các phương trình trạng thái như phương trình van der Waals. Các chương tiếp theo mở rộng sang cân bằng hóa học, động học phản ứng, cơ học lượng tử và quang phổ học. Mỗi chương đều có hệ thống bài tập phong phú với hai bộ bài tập riêng biệt. Bộ bài tập đầu tiên có đáp án ở cuối sách, bộ thứ hai có lời giải trong Solutions Manual. Bài tập máy tính yêu cầu sử dụng phần mềm toán học chuyên dụng để giải quyết các vấn đề phức tạp hơn.

II. Phân tích nội dung và vấn đề cốt lõi trong Physical Chemistry 4th ed

Giáo trình Physical Chemistry 4th ed Robert J Silbey trình bày nhiều khái niệm phức tạp đòi hỏi nền tảng toán học vững chắc. Các chủ đề như nhiệt động lực học không đẳng nhiệt, phương trình trạng thái van der Waals và vi phân chính xác yêu cầu khả năng tính toán nâng cao. Phương trình virial biểu diễn độ nén khí theo chuỗi lũy thừa áp suất, trong đó hệ số virial thứ hai liên quan đến nhiệt độ Boyle. Tại nhiệt độ Boyle, hệ số virial thứ hai bằng không, tạo điều kiện cho khí gần lý tưởng. Hằng số van der Waals có thể được biểu diễn qua các hằng số tới hạn bằng cách đạo hàm phương trình trạng thái và thiết lập hệ phương trình đồng thời. Việc hiểu sự khác biệt giữa vi phân chính xác và không chính xác đóng vai trò nền tảng cho toàn bộ nội dung hóa lý. Nhân tử tích phân chuyển đổi vi phân không chính xác thành chính xác, mở ra cách tiếp cận mới cho nhiều bài toán vật lý.

2.1. Phương trình trạng thái van der Waals và hằng số tới hạn

2.2. Vi phân chính xác không chính xác và nhân tử tích phân

III. Phương pháp học tập hiệu quả giáo trình Physical Chemistry 4th ed

Để tiếp cận giáo trình Physical Chemistry 4th ed Robert J Silbey hiệu quả, sinh viên cần xây dựng phương pháp học tập có hệ thống. Nền tảng giải tích và vật lý vững chắc là điều kiện tiên quyết. Mỗi chương nên được đọc kỹ, ghi chú các công thức quan trọng và phương trình đạo hàm riêng. Việc giải quyết bài tập thường xuyên giúp củng cố kiến thức lý thuyết. Solutions Manual cung cấp lời giải chi tiết cho nhiều bài tập, là tài liệu hỗ trợ học tập quý giá. Sử dụng phần mềm toán học như MATLAB hoặc Mathematica giúp giải quyết bài toán phức tạp và trực quan hóa dữ liệu. Phương pháp học nhóm mang lại hiệu quả cao khi thảo luận các khái niệm khó hiểu. Liên hệ công thức hóa lý với hiện tượng thực tế giúp tăng cường hiểu biết và ghi nhớ lâu dài. Sinh viên nên tận dụng cả hai loại bài tập để phát triển kỹ năng tính toán thủ công lẫn máy tính.

3.1. Chiến lược giải bài tập và sử dụng Solutions Manual

3.2. Ứng dụng phần mềm toán học trong học tập hóa lý

IV. Kết luận và ứng dụng của Physical Chemistry 4th ed Robert J Silbey

Giáo trình Physical Chemistry 4th ed Robert J Silbey đã khẳng định vị trí là tài liệu học tập tiêu chuẩn cho sinh viên hóa học, sinh học, kỹ thuật và khoa học trái đất. Nội dung sách mở rộng từ lý thuyết thuần túy sang các ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực khoa học. Các khái niệm nhiệt động lực học, cân bằng hóa học và động học được trình bày từ quan điểm học thuật nhưng minh họa bằng nhiều ví dụ thực tế. Ấn bản thứ tư cập nhật nội dung phù hợp với sự phát triển của công nghệ nghiên cứu hiện đại. Giáo trình đặc biệt hữu ích cho sinh viên chuẩn bị theo đuổi nghiên cứu sau đại học hoặc làm việc trong ngành công nghiệp hóa chất, dược phẩm và vật liệu. Việc hiểu sâu các nguyên tắc hóa lý từ cuốn sách tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp khoa học và kỹ thuật lâu dài.

4.1. Ứng dụng kiến thức hóa lý trong nghiên cứu và công nghiệp

4.2. Giá trị giáo trình cho phát triển nghề nghiệp và học thuật

21/04/2026

Trích đoạn nội dung tài liệu

com Physical Chemistry Fourth Edition www. Silbey Class of 1942 Professor of Chemistry Massachusetts Institute of Technology Robert A. Alberty Professor Emeritus of Chemistry Massachusetts Institute of Technology Moungi G. Bawendi Professor of Chemistry Massachusetts Institute of Technology John Wiley & Sons, Inc.com ACQUISITIONS EDITOR Deborah Brennan SENIOR PRODUCTION EDITOR Patricia McFadden SENIOR MARKETING MANAGER Robert Smith SENIOR DESIGNER Kevin Murphy NEW MEDIA EDITOR Martin Batey This book was set in 10/12 Times Roman by Publication Services, Inc. and printed and bound by Hamilton Printing. The cover was printed by Lehigh Press, Inc. This book is printed on acid-free paper.䊊 ⬁ Copyright 2005  John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved. No part of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning or otherwise, except as permitted under Sections 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, without either the prior written permission of the Publisher, or authorization through payment of the appropriate per-copy fee to the Copyright Clearance Center Inc. 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, (978) 750-8400, fax (978) 646-8600. Requests to the Publisher for permission should be addressed to the Permissions Department, John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030-5774, (201) 748-6011, fax (201) 748-6008. To order books or for customer service, call 1(800)-CALL-WILEY (225-5945).com The objective of this book is to make the concepts and methods of physical chem- istry clear and interesting to students who have had a year of calculus and a year of physics. The underlying theory of chemical phenomena is complicated, and so it is a challenge to make the most important concepts and methods understandable to undergraduate students. However, these basic ideas are accessible to students, and they will find them useful whether they are chemistry majors, biologists, engi- neers, or earth scientists. The basic theory of chemistry is presented from the view- point of academic physical chemists, but many applications of physical chemistry to practical problems are described. One of the important objectives of a course in physical chemistry is to learn how to solve numerical problems. The problems in physical chemistry help emphasize features in the underlying theory, and they illustrate practical applications. There are two types of problems: problems that can be solved with a hand- held calculator and COMPUTER PROBLEMS that require a personal computer with a mathematical application installed. There are two sets of problems of the first type. The answers to problems in the first set are given in the back of the textbook, and worked-out solutions to these problems are given in the Solutions Manual for Physical Chemistry. The answers for the second set of problems are given in the Solutions Manual. In the two sets of problems that can be solved using hand-held calculators, some problems are marked with an icon to indi- cate that they may be more conveniently solved on a personal computer with a mathematical program. There are 170 COMPUTER PROBLEMS that require a personal computer with a mathematical application such as MathematicaTM , MathCadTM , MATLABTM , or MAPLETM installed. The recent development of these mathematical applications makes it possible to undertake problems that were previously too difficult or too time consuming. This is particularly true for two- and three-dimensional plots, integration and differentiation of complicated functions, and solving differential equations. The Solutions Manual for Physical Chemistry provides MathematicaTM programs and printouts for the COMPUTER PROBLEMS. The MathematicaTM solutions of the 170 COMPUTER PROBLEMS in digi- tal form are available on the web at http://www.com/college/silbey. They can be downloaded into a personal computer with MathematicaTM installed. Students iv Preface can obtain Mathematica at a reduced price from Wolfram Research, 100 Trade Center Drive, Champaign, Illinois, 61820-7237. A password is required and will be available in the Solutions Manual, along with further information about how to access the Mathematica solutions in digital form. Emphasis in the COMPUTER PROBLEMS has been put on problems that do not require complicated program- ming, but do make it possible for students to explore important topics more deeply. Suggestions are made as to how to vary parameters and how to apply these pro- grams to other substances and systems. As an aid to showing how commands are used, there is an index in the Solutions Manual of the major commands used. MathematicaTM plots are used in some 60 figures in the textbook. The leg- ends for these figures indicate the COMPUTER PROBLEM where the program is given. These programs make it possible for students to explore changes in the ranges of variables in plots and to make calculations on other substances and sys- tems. One of the significant changes in the fourth edition is increased emphasis on www.com the thermodynamics and kinetics of biochemical reactions, including the dena- turation of proteins and nucleic acids. In this edition there is more discussion of the uses of statistical mechanics, nuclear magnetic relaxation, nano science, and oscillating chemical reactions. This edition has 32 new problems that can be solved with a hand-held calcula- tor and 35 new problems that require a computer with a mathematical application. There are 34 new figures and eight new tables. Because the number of credits in physical chemistry courses, and therefore the need for more advanced material, varies at different universities and colleges, more topics have been included in this edition than can be covered in most courses. The Appendix provides an alphabetical list of symbols for physical quanti- ties and their units. The use of nomenclature and units is uniform throughout the book. SI (Système International d’Unités) units are used because of their advan- tage as a coherent system of units. That means that when SI units are used with all of the physical quantities in a calculation, the result comes out in SI units without having to introduce numerical factors. The underlying unity of science is empha- sized by the use of seven base units to represent all physical quantities. HISTORY Outlines of Theoretical Chemistry, as it was then entitled, was written in 1913 by Frederick Getman, who carried it through 1927 in four editions. The next four editions were written by Farrington Daniels. In 1955, Robert Alberty joined Far- rington Daniels. At that time, the name of the book was changed to Physical Chemistry, and the numbering of the editions was started over. The collaboration ended in 1972 when Farrington Daniels died. It is remarkable that this textbook traces its origins back 91 years. Over the years this book has profited tremendously from the advice of physi- cal chemists all over the world. Many physical chemists who care how their subject is presented have written to us with their comments, and we hope that will con- tinue. We are especially indebted to colleagues at MIT who have reviewed various sections and given us the benefit of advice. These include Sylvia T. Garland, Mario Molina, Keith Nelson, and Irwin Oppenheim. Preface v The following individuals made very useful suggestions as to how to im- prove this fourth edition: Kenneth G. Stine (University of Missouri–St. Terry (Western Illinois University), and Worth E. We are also indebted to reviewers of earlier editions and to people who wrote us about the third edition. The following individuals made very useful suggestions as to how to improve the MathematicaTM solutions to COMPUTER PROBLEMS: Ian Brooks (Wol- fram Research), Carl W. Martin McClain (Wayne State University), Kathryn Tomasson (University of North Dakota), and Worth E. We are indebted to our editor Deborah Brennan and to Catherine Donovan and Jennifer Yee at Wiley for their help in the production of the book and the www.com solutions manual. We are also indebted to Martin Batey for making available the web site, and to many others at Wiley who were involved in the production of this fourth edition. Cambridge, Massachusetts Robert J. Silbey January 2004 Robert A. Bawendi CONTENTS www.com PART ONE THERMODYNAMICS 1. Zeroth Law of Thermodynamics and Equations of State 3 2. First Law of Thermodynamics 31 3. Second and Third Laws of Thermodynamics 74 4. Fundamental Equations of Thermodynamics 102 5. Thermodynamics of Biochemical Reactions 254 PART TWO QUANTUM CHEMISTRY 9. Molecular Electronic Structure 396 12. Rotational and Vibrational Spectroscopy 458 14. Electronic Spectroscopy of Molecules 502 15. Magnetic Resonance Spectroscopy 537 16. Statistical Mechanics 568 Contents vii PART THREE KINETICS 17. Kinetic Theory of Gases 613 18. Experimental Kinetics and Gas Reactions 641 19. Chemical Dynamics and Photochemistry 686 20. Kinetics in the Liquid Phase 724 PART FOUR MACROSCOPIC AND MICROSCOPIC STRUCTURES www. Electric and Magnetic Properties of Molecules 786 23. Solid-State Chemistry 803 24. Surface Dynamics 840 APPENDIX A. Physical Quantities and Units 863 B. Values of Physical Constants 867 C. Tables of Physical Chemical Data 868 D. Useful Information on the Web 898 G. Symbols for Physical Quantities and Their SI Units 899 H. Answers to the First Set of Problems 912 INDEX 933 This page intentionally left blank www.com P A R T O N E Thermodynamics T hermodynamics deals with the interconversion of various kinds of energy and the changes in physical properties that are involved.com Thermodynamics is concerned with equilibrium states of matter and has nothing to do with time. Even so, it is one of the most powerful tools of physical chemistry; because of its importance, the first part of this book is devoted to it. The first law of thermodynamics deals with the amount of work that can be done by a chemical or physical process and the amount of heat that is absorbed or evolved. On the basis of the first law it is possible to build up tables of enthalpies of formation that may be used to calculate enthalpy changes for reactions that have not yet been studied. With information on heat capacities of reactants and products also available, it is possible to calculate the heat of a reaction at a temperature where it has not previously been studied. The second law of thermodynamics deals with the natural direction of processes and the question of whether a given chemical reaction can occur by itself. The second law was formulated initially in terms of the efficiencies of heat engines, but it also leads to the definition of entropy, which is important in determining the direction of chemical change. The second law provides the basis for the definition of the equilibrium constant for a chemical reaction. It provides an answer to the question, “To what extent will this particular reaction go before equilibrium is reached?” It also provides the basis for reliable predictions of the effects of temperature, pressure, and concentration on chemical and physical equilibrium. The third law provides the basis for calculating equilibrium constants from calorimetric measurements only. This is an illustration of the way in which thermodynamics interrelates apparently unrelated measurements on systems at equilibrium. After discussing the laws of thermodynamics and the various physical quantities involved, our first applications will be to the quantitative treatment of chemical equilibria. These methods are then applied to equilibria between different phases. This provides the basis for the quantitative treatment of distillation and for the interpretation of phase changes in mixtures of solids. Then thermodynamics is applied to electrochemical cells and biochemical reactions. This page intentionally left blank www.com 1 Zeroth Law of Thermodynamics and Equations of State www.1 State of a System 1.2 The Zeroth Law of Thermodynamics 1.3 The Ideal Gas Temperature Scale 1.4 Ideal Gas Mixtures and Dalton’s Law 1.5 Real Gases and the Virial Equation 1.6 P –V –T Surface for a One-Component System 1.8 The van der Waals Equation 1.9 Description of the State of a System without Chemical Reactions 1.10 Partial Molar Properties 1.11 Special Topic: Barometric Formula Physical chemistry is concerned with understanding the quantitative aspects of chemical phenomena. To introduce physical chemistry we will start with the most accessible properties of matter—those that can readily be measured in the labora- tory.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ