材料物理化學(xué)

前言

　　學(xué)科基礎(chǔ)課的重要性是不言而喻的。材料學(xué)科的基礎(chǔ)課包括（材料）物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理基礎(chǔ)、材料物理性能、材料力學(xué)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(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理基礎(chǔ)（簡(jiǎn)稱(chēng)“三基”）是材料學(xué)科基礎(chǔ)課群中的基礎(chǔ)，因此最為重要。如何進(jìn)一步強(qiáng)化“三基”，提升教學(xué)效果，完成它們的教育使命，既是重要的教學(xué)任務(wù)，也關(guān)乎材料學(xué)科建設(shè)，因?yàn)樵谖鞣桨l(fā)達(dá)國(guó)家，課程建設(shè)與教學(xué)改革本身就是學(xué)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(jiǎn)要回顧它們的“形核與長(zhǎng)大”過(guò)程。從發(fā)展歷史看，材料學(xué)科源于傳統(tǒng)的金屬材料、陶瓷材料、高分子材料專(zhuān)業(yè)。在加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專(zhuān)業(yè)的教育理念下，逐步融合成為材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科。因此，材料學(xué)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(xué)就是這三個(gè)專(zhuān)業(yè)的公共基礎(chǔ)課，而材料科學(xué)基礎(chǔ)則脫胎于經(jīng)典的金屬學(xué)，以金屬學(xué)的結(jié)構(gòu)框架為基，進(jìn)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(bǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)僅關(guān)照材料力學(xué)性能的缺陷，從時(shí)間上看，“三基”的發(fā)展歷程都不長(zhǎng)，其中較為成熟的材料科學(xué)基礎(chǔ)，也不過(guò)十幾年，以清華大學(xué)潘金生于1998年出版的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材為標(biāo)志；而材料物理基礎(chǔ)約為10年。至于材料物理化學(xué)，由于其內(nèi)涵相對(duì)于傳統(tǒng)的物理化學(xué)有明顯變化，會(huì)在后面專(zhuān)門(mén)討論。因此，“三基”都應(yīng)該算是比較“年輕”的課程，其歷史遠(yuǎn)不能與無(wú)機(jī)化學(xué)、化工原理、理論力學(xué)、機(jī)械原理、電工學(xué)、電磁場(chǎng)理論、信號(hào)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(xué)》為普通高等院?！笆濉币?guī)劃教材。
　　第1章介紹材料研究對(duì)象，第2、3章介紹熱力學(xué)的3個(gè)基本定律，第4章～第6章介紹了相與組分對(duì)系統(tǒng)化學(xué)勢(shì)、相平衡和化學(xué)平衡的影響，第7章～第10章分別介紹電化學(xué)、動(dòng)力學(xué)、表面與膠體化學(xué)。
　　書(shū)中包括大量供學(xué)生思考的問(wèn)題，安排了一定量的計(jì)算題。
　　《材料物理化學(xué)》可以作為高等院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)“材料物理化學(xué)”、“物理化學(xué)”、“材料熱力學(xué)”的教材或教學(xué)參考書(shū)。



書(shū)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(píng)述與重要概念
第2章 熱力學(xué)第一定律
　2.1 基本概念
　2.2 熱力學(xué)第一定律
　2.3 功的計(jì)算
　2.4 兩個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)
　2.5 熱容與熱的計(jì)算
　2.6 熱力學(xué)第一定律在轉(zhuǎn)變與相變中的應(yīng)用
　2.7 熱化學(xué)
　2.8 本章評(píng)述與重要概念
第3章 熱力學(xué)第二定律
　3.1 熵的初步概念與熵變計(jì)算
　3.2 熵的統(tǒng)計(jì)意義(初步)
　3.3 熱力學(xué)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(xué)基本方程和麥克斯韋關(guān)系式
　3.6 熵與熱力學(xué)第二定律的嚴(yán)格推演
　3.7 本章評(píng)述與重要概念
第4章 化學(xué)勢(shì)
　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(xué)勢(shì)
　4.3 氣體組分的化學(xué)勢(shì)
　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(píng)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(jì)算簡(jiǎn)介
　5.7 相變熱力學(xué)
　5.8 本章評(píng)述與重要概念
第6章 化學(xué)平衡
　6.1 反應(yīng)進(jìn)度
　6.2 化學(xué)平衡條件
　6.3 化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)與等溫方程式
　6.4 多相化學(xué)反應(yīng)平衡
　6.5 化學(xué)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變化
　6.6 溫度、壓力和惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響
　6.7 △rg m-t圖
　6.8 本章評(píng)述與重要概念
第7章 電化學(xué)
　7.1 電化學(xué)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(jiǎn)介
　7.4 可逆電池與可逆電極
　7.5 可逆電池?zé)崃W(xué)
　7.6 電極電勢(shì)和電池電動(dòng)勢(shì)
　7.7 電動(dòng)勢(shì)測(cè)定的應(yīng)用
　7.8 電極的種類(lèi)
　7.9 極化現(xiàn)象與電解過(guò)程的電極反應(yīng)
　7.10 金屬的電化學(xué)腐蝕與防腐
　7.11 化學(xué)電源
　7.12 本章評(píng)述與重要概念
第8章 化學(xué)動(dòng)力學(xué)
　8.1 化學(xué)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(jí)數(shù)的測(cè)定
　8.4 溫度對(duì)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(dòng)力學(xué)
　8.7 本章評(píng)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(xué)公式
　9.3 彎曲表面的附加壓力與開(kāi)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(píng)述與重要概念
第10章 膠體化學(xué)
　10.1 膠體系統(tǒng)分類(lèi)
　10.2 溶膠制備與凈化
　10.3 溶膠的動(dòng)力性質(zhì)
　10.4 溶膠的光學(xué)性質(zhì)
　10.5 溶膠的電學(xué)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(píng)述與重要概念
　附錄
　符號(hào)表
　參考書(shū)目
　后記


章節(jié)摘錄
版權(quán)頁(yè)：   插圖：   電化學(xué)作為化學(xué)的分支之一，是研究?jī)深?lèi)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(xué)反應(yīng)以及相關(guān)現(xiàn)象的科學(xué)。電化學(xué)的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，已形成獨(dú)立的學(xué)科，涉及化工、冶金、機(jī)械、材料、生化等諸多學(xué)科和領(lǐng)域。本章主要分電解質(zhì)溶液、可逆電池電動(dòng)勢(shì)、電解與極化三個(gè)部分，并簡(jiǎn)單介紹金屬的電化學(xué)腐蝕和防護(hù)。 7.1 電化學(xué)的基本概念 7.1.1 原電池與電解池 電化學(xué)主要研究電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律。電化學(xué)研究必須通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娀瘜W(xué)裝置。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置稱(chēng)為原電池（Primary Cell），將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置稱(chēng)為電解 （Electrolytic Cell）。 圖7—1（a）為丹尼爾電池，是一種簡(jiǎn)單的原電池。它包括兩個(gè)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(gè)回路。圖7—1（b）為電解池的示意圖，由兩個(gè)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(lèi)靠自由電子的定向運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)電流的導(dǎo)體稱(chēng)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(guò)程中，電子導(dǎo)體自身不會(huì)發(fā)生化學(xué)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(fù)離子反向遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)，這類(lèi)導(dǎo)體稱(chēng)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(shí)，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(yùn)動(dòng)速度加快，其導(dǎo)電能力反而增強(qiáng)。 我們把相互接觸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成的系統(tǒng)稱(chēng)為電極，其中一個(gè)是電子導(dǎo)體，另一個(gè)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(shì)較高的電極稱(chēng)為正極（Positive Electrode），電勢(shì)較低的電極稱(chēng)為負(fù)極（Negativc Electrodc）。在化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化中，在電極界面上會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱(chēng)為陽(yáng)極（Anode），而發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱(chēng)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(yáng)極。產(chǎn)物Zn2+擴(kuò)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）。




編輯推薦
《普通高等教育教材料科學(xué)與工程"十二五"規(guī)劃教材:材料物理化學(xué)》可以作為高等院校材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)“材料物理化學(xué)”、“物理化學(xué)”、“材料熱力學(xué)”的教材或教學(xué)參考書(shū)。





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