材料物理化學

前言

　　學科基礎(chǔ)課的重要性是不言而喻的。材料學科的基礎(chǔ)課包括（材料）物理化學、材料科學基礎(chǔ)、材料物理基礎(chǔ)、材料物理性能、材料力學性能、固態(tài)相變、傳輸原理、材料分析方法等，其中（材料）物理化學、材料科學基礎(chǔ)、材料物理基礎(chǔ)（簡稱“三基”）是材料學科基礎(chǔ)課群中的基礎(chǔ)，因此最為重要。如何進一步強化“三基”，提升教學效果，完成它們的教育使命，既是重要的教學任務(wù)，也關(guān)乎材料學科建設(shè)，因為在西方發(fā)達國家，課程建設(shè)與教學改革本身就是學科建設(shè)的重要組成部分。　　一、歷史回顧　　為了更加清晰地了解“三基”的現(xiàn)狀，需要簡要回顧它們的“形核與長大”過程。從發(fā)展歷史看，材料學科源于傳統(tǒng)的金屬材料、陶瓷材料、高分子材料專業(yè)。在加強基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)的教育理念下，逐步融合成為材料科學與工程一級學科。因此，材料學科的基礎(chǔ)課自然而然地選取了它們的“公因子”，如物理化學就是這三個專業(yè)的公共基礎(chǔ)課，而材料科學基礎(chǔ)則脫胎于經(jīng)典的金屬學，以金屬學的結(jié)構(gòu)框架為基，進一步融合了陶瓷與高分子。至于材料物理基礎(chǔ)，則是由于現(xiàn)代材料研究以物理性能為主要訴求，故作為物理性能基礎(chǔ)的固體物理在加以改造后變?yōu)椴牧衔锢砘A(chǔ)，以彌補材料科學基礎(chǔ)僅關(guān)照材料力學性能的缺陷，從時間上看，“三基”的發(fā)展歷程都不長，其中較為成熟的材料科學基礎(chǔ)，也不過十幾年，以清華大學潘金生于1998年出版的《材料科學基礎(chǔ)》教材為標志；而材料物理基礎(chǔ)約為10年。至于材料物理化學，由于其內(nèi)涵相對于傳統(tǒng)的物理化學有明顯變化，會在后面專門討論。因此，“三基”都應(yīng)該算是比較“年輕”的課程，其歷史遠不能與無機化學、化工原理、理論力學、機械原理、電工學、電磁場理論、信號與系統(tǒng)、控制理論等發(fā)展了幾十甚至上百年的工科基礎(chǔ)課相比?！　　?/pre>


內(nèi)容概要
　　《材料物理化學》為普通高等院?！笆濉币?guī)劃教材。
　　第1章介紹材料研究對象，第2、3章介紹熱力學的3個基本定律，第4章～第6章介紹了相與組分對系統(tǒng)化學勢、相平衡和化學平衡的影響，第7章～第10章分別介紹電化學、動力學、表面與膠體化學。
　　書中包括大量供學生思考的問題，安排了一定量的計算題。
　　《材料物理化學》可以作為高等院校材料科學與工程專業(yè)“材料物理化學”、“物理化學”、“材料熱力學”的教材或教學參考書。



書籍目錄
第1章 物質(zhì)的狀態(tài)與表征
　1.1 氣體
　1.2 固體
　1.3 液體
　1.4 凝聚態(tài)
　1.5 本章評述與重要概念
第2章 熱力學第一定律
　2.1 基本概念
　2.2 熱力學第一定律
　2.3 功的計算
　2.4 兩個氣體實驗
　2.5 熱容與熱的計算
　2.6 熱力學第一定律在轉(zhuǎn)變與相變中的應(yīng)用
　2.7 熱化學
　2.8 本章評述與重要概念
第3章 熱力學第二定律
　3.1 熵的初步概念與熵變計算
　3.2 熵的統(tǒng)計意義(初步)
　3.3 熱力學第三定律
　3.4 亥姆霍茲函數(shù)和吉布斯函數(shù)
　3.5 熱力學基本方程和麥克斯韋關(guān)系式
　3.6 熵與熱力學第二定律的嚴格推演
　3.7 本章評述與重要概念
第4章 化學勢
　4.1 單組分摩爾數(shù)可變系統(tǒng)
　4.2 二元系的偏摩爾量與化學勢
　4.3 氣體組分的化學勢
　4.4 拉烏爾定律與亨利定律
　4.5 理想液態(tài)混合物
　4.6 理想稀溶液
　4.7 活度
　4.8 稀溶液的依數(shù)性
　4.9 分配定律
　4.10 本章評述與重要概念
第5章 相平衡
　5.1 一元系平衡理論
　5.2 多元系平衡理論
　5.3 一元相圖
　5.4 二元相圖基礎(chǔ)
　5.5 典型的凝聚態(tài)二元相圖
　5.6 相圖計算簡介
　5.7 相變熱力學
　5.8 本章評述與重要概念
第6章 化學平衡
　6.1 反應(yīng)進度
　6.2 化學平衡條件
　6.3 化學反應(yīng)的平衡常數(shù)與等溫方程式
　6.4 多相化學反應(yīng)平衡
　6.5 化學反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變化
　6.6 溫度、壓力和惰性氣體對化學平衡的影響
　6.7 △rg m-t圖
　6.8 本章評述與重要概念
第7章 電化學
　7.1 電化學的基本概念
　7.2 電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電
　7.3 電解質(zhì)溶液理論簡介
　7.4 可逆電池與可逆電極
　7.5 可逆電池熱力學
　7.6 電極電勢和電池電動勢
　7.7 電動勢測定的應(yīng)用
　7.8 電極的種類
　7.9 極化現(xiàn)象與電解過程的電極反應(yīng)
　7.10 金屬的電化學腐蝕與防腐
　7.11 化學電源
　7.12 本章評述與重要概念
第8章 化學動力學
　8.1 化學反應(yīng)的速率及速率方程
　8.2 反應(yīng)速率方程的積分形式
　8.3 反應(yīng)級數(shù)的測定
　8.4 溫度對反應(yīng)速率的影響
　8.5 催化劑與催化原理
　8.6 固相反應(yīng)動力學
　8.7 本章評述與重要概念
第9章 表面與界面
　9.1 表面與表面張力
　9.2 界面熱力學公式
　9.3 彎曲表面的附加壓力與開爾文公式
　9.4 溶液表面
　9.5 固體表面
　9.6 界面
　9.7 本章評述與重要概念
第10章 膠體化學
　10.1 膠體系統(tǒng)分類
　10.2 溶膠制備與凈化
　10.3 溶膠的動力性質(zhì)
　10.4 溶膠的光學性質(zhì)
　10.5 溶膠的電學性質(zhì)
　10.6 溶膠的穩(wěn)定性與聚沉
　10.7 乳狀液
　10.8 凝膠
　10.9 本章評述與重要概念
　附錄
　符號表
　參考書目
　后記


章節(jié)摘錄
版權(quán)頁：   插圖：   電化學作為化學的分支之一，是研究兩類導(dǎo)體（電子導(dǎo)體，如金屬或半導(dǎo)體，以及離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液）形成的接觸界面上所發(fā)生的化學反應(yīng)以及相關(guān)現(xiàn)象的科學。電化學的內(nèi)容相當廣泛，已形成獨立的學科，涉及化工、冶金、機械、材料、生化等諸多學科和領(lǐng)域。本章主要分電解質(zhì)溶液、可逆電池電動勢、電解與極化三個部分，并簡單介紹金屬的電化學腐蝕和防護。 7.1 電化學的基本概念 7.1.1 原電池與電解池 電化學主要研究電能與化學能之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律。電化學研究必須通過適當?shù)碾娀瘜W裝置。將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱為原電池（Primary Cell），將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置稱為電解 （Electrolytic Cell）。 圖7—1（a）為丹尼爾電池，是一種簡單的原電池。它包括兩個半電池，分別由Zn棒插入ZnSO4溶液以及Cu棒插入CuSO4溶液中組成，并與外電路組成一個回路。圖7—1（b）為電解池的示意圖，由兩個電極、電解質(zhì)溶液以及外電路中的工作電源構(gòu)成。在外電路中，電流的傳導(dǎo)由金屬導(dǎo)線中的自由電子完成。這類靠自由電子的定向運動傳導(dǎo)電流的導(dǎo)體稱為電子導(dǎo)體，如金屬、石墨及某些金屬的化合物等。在導(dǎo)電過程中，電子導(dǎo)體自身不會發(fā)生化學變化。溫度升高，金屬的電阻增大，導(dǎo)電能力降低。而在電解質(zhì)溶液中，電流的傳導(dǎo)依靠正、負離子反向遷移來實現(xiàn)，這類導(dǎo)體稱為離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)等。溫度升高時，由于溶液的黏度降低和水溶液中離子的水化作用減弱等原因，離子運動速度加快，其導(dǎo)電能力反而增強。 我們把相互接觸的兩個導(dǎo)體構(gòu)成的系統(tǒng)稱為電極，其中一個是電子導(dǎo)體，另一個是離子導(dǎo)體，在它們的相界面上可以有電荷轉(zhuǎn)移。 不論是原電池亦或是電解池，電勢較高的電極稱為正極（Positive Electrode），電勢較低的電極稱為負極（Negativc Electrodc）。在化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化中，在電極界面上會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽極（Anode），而發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極（Cathode）。 在丹尼爾電池中，由于金屬鋅比銅活潑，更易失去電子而發(fā)生氧化反應(yīng) Zn（S）→Zn2+（aq）+2e— 昕以Zn電極為陽極。產(chǎn)物Zn2+擴散到溶液中，留在Zn（s）電極上的電子沿著外電路流向Cu（s）電極。溶液中的Cu2+在銅電極表面與電子結(jié)合還原為Cu（s） Cu2+（aq）+2e—→Cu（s）。




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