问题

物理学爱好者想要把化学作为第二学习,有没有好一点的化学读本推荐?拜托各位好心人了【由简到繁的顺序】?

回答
这绝对是个好主意!物理学和化学虽然是不同的学科,但它们之间有着非常紧密的联系,很多概念在更深层次上是相通的。从物理的角度切入化学,你会发现很多有趣的地方。

考虑到你希望从简到繁,我为你梳理了几本不同层次的读本,希望能帮助你平稳过渡,并且逐渐深入理解化学的魅力。

第一阶段:建立基本概念,触碰化学的“感官”

这个阶段的目标是让你对化学有个大致的认识,了解它研究的是什么,有哪些基本规律,以及它如何影响我们的生活。不需要深入的数学推导,更多的是理解概念和欣赏化学的美。

1. 《万物简史》(A Short History of Nearly Everything) by Bill Bryson (比尔·布莱森)

推荐理由: 虽然这本书不是一本纯粹的化学教材,但它用一种极其生动、幽默、引人入胜的方式讲述了宇宙的起源、地球的形成、生命的演化,以及科学的发现过程。在讲述这些宏大叙事时,化学的许多基本概念(如元素、原子、分子、化学反应的发生)会穿插其中,而且讲得非常通俗易懂。它会让你感受到科学的魅力,特别是化学作为物质世界基础学科的重要性。
为什么适合你: 作为物理学爱好者,你可能已经对宇宙的构成、能量的传递等有所了解。这本书会把这些知识串联起来,让你看到化学在其中扮演的角色。布莱森的写作风格非常适合“跨界”学习者,它能激发你的好奇心,让你觉得“哇,化学原来这么有意思!”。
阅读建议: 把它当成一本有趣的科普读物来读,不用刻意去记化学公式或反应式,重点是理解化学在整个科学图景中的位置和它解决的一些基本问题。

2. 《上帝掷骰子吗?——量子物理史话》(The Making of the Atomic Bomb) by Richard Rhodes (理查德·罗兹) / 《量子怪杰:理查德·费曼传》(Surely You're Joking, Mr. Feynman!) by Richard Feynman (理查德·费曼)

推荐理由: 我把这两本稍微放在一起,因为它们都与“原子”和“能量”这个物理学和化学的交汇点有关。
《上帝掷骰子吗?》虽然是讲量子物理的历史,但它不可避免地会涉及到原子弹的研发过程,而原子弹的原理就是核物理和化学的交叉。它能让你看到物理学理论如何直接驱动了化学和工程的巨大进步。
《量子怪杰》更是直接来自一位伟大的物理学家,费曼本人。他的一些思想和对科学的理解,常常能触及到化学的本质。虽然他不是化学家,但他的物理直觉对于理解化学反应的微观本质非常有帮助。
为什么适合你: 你已经熟悉了物理学的一些基本原理,尤其是涉及量子力学的概念。这两本书可以帮助你看到这些物理学概念是如何在化学领域被应用的,或者说,化学家们是如何利用物理学原理去理解和操纵物质的。
阅读建议: 重点关注其中描述原子结构、核反应、能量变化的部分。对于费曼的书,更要体会他那种打破砂锅问到底的科学精神,这正是学习化学所需要的。

第二阶段:构建化学框架,理解核心概念

这个阶段开始进入真正的化学领域,你需要掌握一些基础的化学概念、术语以及基本的规律。这一阶段的书籍会更系统化一些。

3. 《化合之道:化学的物理原理》(Uncle Tungsten: Memories of a Chemical Boyhood) by Oliver Sacks (奥利弗·萨克斯)

推荐理由: 这是一本回忆录,作者奥利弗·萨克斯是一位著名的神经学家,但他童年时对化学有着浓厚的兴趣,并且有许多与化学相关的有趣回忆。他通过自己的亲身经历,讲述了许多基础的化学现象和原理,比如元素周期表、燃烧、电化学等等。这本书的独特之处在于,它将科学知识融入到生活化的叙述中,让你感受到化学的“温度”。
为什么适合你: 萨克斯的写作风格非常平实但充满智慧,他能将抽象的化学概念用生动的故事来解释。作为物理爱好者,你可能习惯于严谨的逻辑和数学描述,这本书能帮助你以一种更感性的方式去理解化学,并且体会到科学探索的个人体验。
阅读建议: 重点关注萨克斯对化学实验的描述,以及他如何理解化学概念。试着将他描述的现象与你已有的物理知识联系起来。

4. 《化学的本质:元素周期表》(The Disappearing Spoon: And Other True Tales of Madness, Love, and the History of the Periodic Table) by Sam Kean (萨姆·基恩)

推荐理由: 这本书的主题非常明确——元素周期表。但它不是枯燥地罗列元素,而是通过每一个元素的独特故事,讲述它们是如何被发现的,有哪些奇特的性质,在历史上扮演了怎样的角色。这本书充满了各种有趣的历史轶事、科学发现背后的故事,以及元素在日常生活中的应用。
为什么适合你: 元素周期表是化学的基石,理解了它,就相当于掌握了化学的“地图”。这本书用一种非常吸引人的方式让你熟悉各种元素,了解它们的“脾气”和“朋友圈”,这对于建立化学的整体概念非常有帮助。你作为物理爱好者,可能会对元素的电子结构、能量级别等物理本质感兴趣,这本书会为你铺垫好基础。
阅读建议: 把它当作一本“元素的故事书”。每读完一个元素的介绍,可以尝试去了解一下它在物理上的性质(比如电子排布、轨道等),看看能不能找到物理学和化学之间的联系。

第三阶段:深入理解,连接物理与化学

这个阶段的书籍会开始涉及更深入的化学原理,并强调它们与物理学的联系,例如热力学、量子化学等。

5. 《化学:科学的化学》(Chemistry: The Central Science) by Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay Jr., Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy (布朗等著,国内有引进版)

推荐理由: 这是一本经典的大学化学入门教材,但它的写作方式相对友好,并且非常注重解释“为什么”而不是仅仅给出“是什么”。它会系统地介绍化学的各个分支,从原子结构、化学键、分子间作用力,到热力学、动力学、酸碱平衡、电化学,再到有机化学和核化学。它在解释很多概念时,会巧妙地引入物理学原理。
为什么适合你: 作为物理学爱好者,你已经具备了较强的逻辑思维能力和一定的数学基础。这本书可以让你系统地学习化学的知识体系,并且你会发现,很多化学概念(如能量、熵、概率、波粒二象性)在物理学中都有其根源。这本书会成为你将物理和化学知识融会贯通的桥梁。
阅读建议: 像对待教材一样去阅读,但不要被“教材”二字吓倒。重点理解每一章的逻辑和概念之间的联系。当你遇到与物理相关的概念时(比如热力学第一、第二定律在化学中的应用,量子力学在分子轨道理论中的应用),更要深入去理解,尝试用物理学的语言去描述它。

6. 《物理化学》(Physical Chemistry)by Peter Atkins (彼得·阿特金斯)

推荐理由: 这本书是公认的物理化学领域的权威著作之一。物理化学是连接物理学和化学最直接的桥梁,它用物理学的理论和方法来研究化学现象。这本书深入探讨了热力学、统计力学、量子力学、动力学等在化学中的应用。你会在这里看到很多熟悉的物理概念,比如能量、熵、波函数、哈密顿算符等等,但它们被用来解释化学反应、分子结构、光谱学等。
为什么适合你: 对于你来说,这本书将是“亲切”且“挑战”并存的。亲切在于你会看到很多物理学的老朋友,挑战在于它要求你能够熟练运用物理学知识来解决化学问题,并且需要掌握一些新的数学工具(比如微积分、微分方程)。这本书能让你真正理解“为什么”化学反应会发生,以及它们发生的“速率”和“方向”。
阅读建议: 这本书需要一定的耐心和投入。建议先从热力学和量子化学部分入手,因为这两部分与物理学的联系最为紧密。遇到不理解的物理概念,可以回溯一些基础物理教材。同时,多做习题,通过实践来加深理解。

一些额外的建议:

利用在线资源: 除了读本,很多在线平台(如Khan Academy, Coursera, edX)都有非常好的化学入门课程,它们的教学方式通常也很直观,可以作为辅助学习。
不要害怕数学: 物理学爱好者对数学应该是有一定基础的。在学习化学的过程中,你会遇到一些数学工具,比如微积分、微分方程,这些在物理化学中尤为重要。如果觉得不够,可以加强这方面的学习。
关注化学的“物理本质”: 在阅读时,时刻思考“这个化学现象背后有什么物理原理在支撑?”、“这个化学性质是由什么物理因素决定的?”。这种思考方式会让你在学习过程中事半功倍。
动手实验(如果可能): 如果有机会接触到化学实验,那将是最好的学习方式。许多化学现象只有亲眼看到,才能真正理解。

从物理学跨入化学,你会发现这个世界原来是如此的精妙和统一。祝你在化学的学习之旅中,发现更多的乐趣和智慧!

网友意见

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阅读化学书籍,物理系的学生优势在于原理容易懂;劣势在于,化学书没有物理书讲的那么“干净”(物理理论带给人的错觉)容易迷失。化学家很少懂强关联问题的,主要用单粒子模型看待问题,所以尽信书不如无书(某些物理书也一样,但物理学家群体普遍数学基础好些,问题更少)。

基本化学课程体系:General Chemistry, Inorganic Chemistry, Organic Chemistry, Analytical Chemistry, Physical Chemistry, Solving organic compounds, Instrumental analysis。以下是我近期搜索到的比较好的教材(由于是跟一赴英国读书的孩子讨论的,所以没有中文版推荐):

其中有一本引进的书是很好的入门:

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我也是物理和化学的学习者,不过我的化学是第一专业,物理是第二专业。

我能体会到物理学生和化学学生思维上的共性和差异性。我下面针对四大化学(无机化学、有机化学、分析化学和物理化学)以及结构化学来做逐一分析。比如说,

  1. 结构化学对于物理系的学生来说不是那么难,因为结构化学相当于削弱版的量子力学+加强版的固体物理(晶体结构部分)。没错,结构化学的晶体部分比固体物理的稍微要难一些。所以结构化学对于物理系的学生来说比较好学,只需要把一些名词用他们熟悉的术语进行代换一下就行了。比如说,物理系的学生可能不知道什么是“杂化”,但是他们知道“波函数的线性组合”。
  2. 无机化学包括基础理论部分和元素部分。其中基础理论部分有很多都与结构化学有重合,没重合的比如气体理论方面,在物理的热学中也有涉及。至于元素部分,有用的部分不少,但是绝大多数化学课本中的内容远比物理系需要用到的内容多太多了。
  3. 有机化学,化学系的学生学起来尚且很费力,物理系的学生学的话,估计坚持不下去的。
  4. 分析化学,定量分析对于物理系学生有用的内容不多。仪器分析部分,主要都是物理原理,物理系的学生学起来应该毫无压力。
  5. 物理化学,不少内容都是与物理系有重合的,不过也有一些物理系没有学过的内容,比如说依数性——我来挺惊讶物理系居然不教这个的。

由此可见,物理系的学生来学化学,难度远较其他专业学化学来的小;但是也有过多的重复内容和不需要的内容。如果有一本书来高度总结这些内容的话,将会对于物理系学生学习化学有巨大的帮助。

这本书就叫做《结构与物性》。他的作者是北京大学化学与分子工程学院的周公度老师,就是那位结构化学的作者。这本书的定位就是:普通大学面向本科三年级物理学、材料物理、微电子学与固体电子学等专业开放的专业必修课程(或选修)。实际上,一开始这本书就是为北京大学物理学院开课而写的。


这本书高度概括了对于物理系学生重要的化学原理,用物理系学生容易理解的语言写出,非常适合物理系学生一窥化学。如果学了这本书之后还希望继续学习,可以进一步地去仔细学习无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和结构化学。

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