목차 일부
CHAPTER 1 열역학의 기본 개념 ... 1
1.1 열역학이란 무엇인가? 그리고 이는 왜 유용한가? ... 1
1.2 열역학적 계를 기술하기에 필요한 기본 정의 ... 2
1.3 온도측정법 ... 5
1.4 상태식과 이상기체법칙 ... 6
1.5 실제기체에 대한 간단한 소개 ... 10
CHAPTER 2 열, 일, 내부에너지,...
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CHAPTER 1 열역학의 기본 개념 ... 1
1.1 열역학이란 무엇인가? 그리고 이는 왜 유용한가? ... 1
1.2 열역학적 계를 기술하기에 필요한 기본 정의 ... 2
1.3 온도측정법 ... 5
1.4 상태식과 이상기체법칙 ... 6
1.5 실제기체에 대한 간단한 소개 ... 10
CHAPTER 2 열, 일, 내부에너지, 엔탈피 및 열역학 제1법칙 ... 15
2.1 내부에너지와 열역학 제 1법칙 ... 15
2.2 일 ... 16
2.3 열 ... 19
2.4 열용량 ... 22
2.5 상태함수와 경로함수 ... 24
2.6 평형, 변화, 가역성 ... 27
2.7 가역과 비가역과정에서의 일 비교 ... 28
2.9 ΔU소의 측정과 새 상태함수 엔탈피의 소개 ... 32
2.10 이상기체를 포함하는 과정에 관한 q, w, ΔU, ΔH 의 계산 ... 33
2.10 이상기체의 가역 단열 팽창과 압축 ... 38
CHAPTER 3 상태함수의 중요성: 내부에너지와 엔탈피 ... 43
3.1 상태함수의 수학적 성질 ... 43
3.2 U의 V와 T 의존성 ... 48
3.3 내부에너지가 V나 T 중 어느 것에 더 강하게 의존되는가? ... 51
3.4 일정한 압력에서 엔탈피의 온도 의존성 ... 55
3.5 <?import namespace ... m ur
3.6 일정한 온도에서 엔탈피의 압력 의존성 ... 58
3.7 줄-톰슨 실험 ... 61
3.8 등엔탈피 팽창을 이용한 기체 액화 ... 63
CHAPTER 4 열화학 ... 67
4.1 화학결합에 저장된 에너지는 화학반응에서 방출되거나 흡수된다 ... 67
4.2 화학반응에 수반된 내부에너지와 엔탈피 ... 67
4.3 엔탈피가 상태함수임에 근거한 헤스 법칙 ... 72
4.4 반응 엔탈피의 온도 의존성 ... 75
4.5 화학반응에 관한 ΔU와 ΔH 의 실험적 측정 ... 76
4.6 차별 주사 열량계 ... 80
CHAPTER 5 엔트로피와 열역학 제 2 및 제 3법칙 ... 85
5.1 우주는 자연적 변화의 방향을 갖는다 ... 85
5.2 열기관과 열역학 제 2법칙 ... 87
5.3 엔트로피의 도입 ... 92
5.4 엔트로피 변화의 계산 ... 93
5.5 고립된 계에서 엔트로피를 사용한 자연적 과정 방향의 계산 ... 98
5.6 클라우지우스 부등식 ... 99
5.7 주위의 엔트로피 변화와 Δ=ΔS+Δ ... 101
5.8 절대 엔트로피와 열역학 제 3법칙 ... 104
5.9 엔트로피 계산에서의 표준 상태 ... 107
5.10 화학반응에서의 엔트로피 변화 ... 108
5.11 냉장고, 열 펌프 및 실제 기관 ... 110
5.12 (보충) S가 상태함수인 사실을 이용한 S의 V와 T에 대한 의존성 확인 ... 114
5.13 (보충) S의 T와 P에 대한 의존성 ... 116
5.14 (보충) 열역학적 온도 척도 ... 117
CHAPTER 6 화학 평형 ... 121
6.1 깁스 에너지와 헬름홀츠 에너지 ... 121
6.2 U, H, A, G의 미분 형태 ... 125
6.3 깁스 및 헬름홀츠 에너지의 P, V, T 의존성 ... 127
6.4 반응 혼합물의 깁스 에너지 ... 130
6.5 혼합물 내 기체의 깁스 에너지 ... 132
6.6 이상기체의 혼합 깁스 에너지 계산 ... 133
6.7 항으로 나타낸 이상기체 혼합물에서의 화학 평형 ... 135
6.8 이상기체 혼합물에 관한 Δ 계산 및 평형상수 도입 ... 137
6.9 이상기체 혼합물에서의 평형 부분 압력의 계산 ... 139
6.10 온도에 따른 <m:math xmlns ... '"htt
6.11 이상기체와 고체 또는 액체 상을 포함한 평형 ... 142
6.12 몰분율이나 몰농도로 표시한 평형상수 ... 144
6.13 의 T와 P에 대한 의존성 ... 145
6.14 (보충) 사례 연구 : 암모니아의 합성 ... 146
6.15 (보충) 측정 가능한 양의 항만으로 나타낸 U, H 및 열용량 ... 151
CHAPTER 7 실제기체의 성질 ... 159
7.1 실제기체와 이상기체 ... 159
7.2 실제기체의 상태식과 이의 적용 범위 ... 160
7.3 압축인자 ... 165
7.4 대응상태 법칙 ... 168
7.5 실제기체에 관한 평형상수와 퓨가시티 ... 171
CHAPTER 8 상 도보와 고체, 액체, 기체의 상대적 안정성 ... 179
8.1 고체, 액체, 기체 상의 상대적 안정성을 무엇이 결정하는가? ... 179
8.2 압력-온도 상 도표 ... 182
8.3 압력-부피 및 압력-부피-온도 상 도표 ... 188
8.4 P-T 상 도표에 관한 이론적 바탕의 제공 ... 190
8.5 클락페이론 식을 사용하여 증기압력을 T의 함수로 계산 ... 192
8.6 순수한 물질 증기압력의 외부압력 의존성 ... 194
8.7 표면장력 ... 195
8.8 초임계 유체 화학 ... 199
8.9 액정과 LCD 표시 ... 200
CHAPTER 9 이상용액과 설제용액 ... 205
9.1 이상용액의 정의 ... 205
9.2 기체와 용액 상 성분의 화학 퍼텐셜 ... 207
9.3 이성분 용액에 대한 이상용액 모형의 적용 ... 208
9.4 온도-조성 도표와 분별 증류 ... 213
9.5 깁스-뒤앙(Gibbs-Duhem) 식 ... 215
9.6 총괄성 ... 217
9.7 어는점 내림과 끓는점 오름 ... 217
9.8 삼투압력 ... 220
9.9 라울의 법칙으로부터 벗어남을 보이는 실제용액 ... 222
9.10 이상적 묽은 용액 ... 225
9.11 표준 상태에 관하여 정의된 활동도 ... 227
9.12 헨리의 법칙과 용매 내 기체의 용해도 ... 231
9.13 용액에서의 화학 평형 ... 232
CHAPTER 10 전해질 용액 ... 237
10.1 용액 내 이온 생성 엔탈피, 엔트로피 및 깁스 에너지 ... 237
10.2 이온 생성과 용매화의 열역학적 이해 ... 240
10.3 전해질 용액에 관한 활동도와 활동도 계수 ... 242
10.4 데바이-휘켈(Debye-H<m:math xmlns ... '"htt
10.5 전해질 용액에서의 화학 평형 ... 250
CHAPTER 11 전기화학 전지, 배터리 및 연료 전지 ... 253
11.1 하전된 화학종의 화학 퍼텐셜에 미치는 전위의 영향 ... 253
11.2 전기화학에서의 규약과 표준 상태 ... 255
11.3 가역 전지 전위의 측정 ... 258
11.4 전기화학 전지 내 화학반응과 네른스트 식 ... 259
11.5 전지 전위 측정을 위한 표준 전극 전위의 결합 ... 261
11.6 전지 전위로부터 반응 깁스 에너지와 반응 엔트로피 계산 ... 263
11.7 전지 기전력과 평형상수 간의 관계 ... 264
11.8 전기화학 전지를 이용한 와 활동도 계수 측정 ... 266
11.9 전지 명명법과 전기화학 전지의 형태 ... 267
11.10 전기화학적 서열 ... 268
11.11 배터리와 연료 전지의 열역학 ... 269
11.12 보통 사용되는 배터리의 전기화학 ... 270
11.13 연료 전지 ... 273
11.14 (보충) 원자 척도 전기화학 ... 275
11.15 (보충) 나노 척도 가공에 관한 전기화학의 이용 ... 283
11.16 (보충) 절대 반쪽-전지 전위 ... 284
CHAPTER 12 고전역학에서 양자역학으로 ... 291
12.1 양자역학을 왜 공부하는가? ... 291
12.2 실험과 이론의 상호작용으로부터 생긴 영자역학 ... 292
12.3 흑체 복사 ... 293
12.4 광전 효과 ... 295
12.5 파동-유사 행동을 보이는 입자 ... 297
12.6 이중 슬릿에 의한 회절 ... 298
12.7 원자 스펙트럼 ... 302
CHAPTER 13 슈뢰딩거 방정식 ... 307
13.1 양자역학을 사용하여 기술할 필요가 있는 계는 무엇이 결정하는가? ... 307
13.2 고전 파동과 비소산 파동식 ... 312
13.3 파동은 복소수 함수로서 편리하게 나타낸다 ... 316
13.4 양자역학적 파동과 슈뢰딩거 방정식 ... 318
13.5 슈뢰딩거 방정식의 해: 연산자, 관찰 가능한 양, 고유함수, 고유값 ... 319
13.6 양자역학적 연산자의 고유함수는 직교한다 ... 322
13.7 양자역학적 연산자의 고유함수는 완전한 세트를 이룬다 ... 325
13.8 새로운 개념의 요약 ... 326
CHAPTER 14 양자역학적 가정 ... 331
14.1 파동함수에 관련된 물리적 의미 ... 331
14.2 관찰 가능한 양마다 대응되는 연산자를 가진다 ... 332
14.3 개별 측정의 결과 ... 333
14.4 기댓값 ... 334
14.5 양자역학적 계의 시간 전개 ... 337
CHAPTER 15 간단한 계에 양자역학 적용 ... 339
15.1 자유 입자 ... 339
15.2 일차원 상자 내 입자 ... 340
15.3 이차원 및 삼차원 상자 ... 346
15.4 상자 내 입자 이해를 위한 가정의 적용과 그 반대 ... 348
CHAPTER 16 상자 내 입자와 실제 세계 ... 357
16.1 유한 깊이 상자 내 입자 ... 357
16.2 중심부 및 원자가전자 간 겹침의 차이 ... 358
16.3 상자 내 자유 이동으로 취급될 수 있는 콘쥬게이션 분자 내 파이 전자 ... 359
16.4 나트륨은 전도체이고 다이아몬드는 절연체인 이유 ... 360
16.5 장벽을 통과하는 터널링 ... 362
16.6 주사 터널링 현미경 ... 363
16.7 화학반응에서의 터널링 ... 367
16.8 (보충) 양자 우물과 양자점 ... 368
CHAPTER 17 교환과 비교환 연산자 및 얽힘의 놀라운 결과 ... 375
17.1 교환 관계 ... 375
17.2 스턴-게를라흐 실험 ... 377
17.3 하이젠베르크 불확정성 원리 ... 380
17.4 (보충) 표준 편차 항으로 나타낸 하이젠베르크 불확정성 원리 ... 385
17.5 (보충) 삼차원 상자 내 입자를 이용한 사고 실험 ... 388
17.6 (보충) 얽힘 상태, 전송, 양자 컴퓨터 ... 390
CHAPTER 18 분자의 진동과 회전에 관한 양자역학적 모형 ... 399
18.1 양자역학적 조화 진동자에 관한 슈뢰딩거 방정식의 해 ... 399
18.2 이차원 회전에 관한 슈뢰딩거 방정식의 해 ... 405
18.3 삼차원 회전에 관한 슈뢰딩거 방정식의 해 ... 408
18.4 각운동량의 양자화 ... 411
18.5 구형 조화함수 ... 413
18.6 (선택 복습) 고전적 조화 진동자 ... 416
18.7 (선택 복습) 각운동과 고전적 강체 회전자 ... 420
18.8 (보충) 공간 양자화 ... 422
CHAPTER 19 이원자분자의 진동 및 회전 분광학 ... 429
19.1 분광학 서론 ... 429
19.2 흡수, 자발 방출, 자극 방출 ... 432
19.3 진동 분광학 서론 ... 433
19.4 선택 규칙의 근원 ... 437
19.5 적외선 흡수 분광학 ... 439
19.6 회전 분광학 ... 443
19.7 (보충) 푸리에 변환 적외선 분광학 ... 448
19.8 (보충) 라만 분광학 ... 451
19.9 (보충) 상태들 간 전이 속도의 진동수에 대한 의존성 ... 454
CHAPTER 20 수소원자 ... 463
20.1 슈뢰딩거 방정식의 구성 ... 463
20.2 수소원자에 관한 슈뢰딩거 방정식의 풀이 ... 464
20.3 전제 에너지에 관한 고유값과 고유함수 ... 465
20.4 수소원자 궤도함수 ... 471
20.5 방사방향 확률분포함수 ... 474
20.6 원자에 관한 껍질 모형의 타당성 ... 478
CHAPTER 21 다-전자원자 ... 483
21.1 헬륨: 가장 작은 다-전자원자 ... 483
21.2 전자 스핀 서론 ... 485
21.3 전자의 불구분성을 반영해야 하는 파동함수 ... 486
21.4 슈뢰딩거 방정식을 풀기 위한 변분법의 사용 ... 490
21.5 하트리-포크의 자체-일관성 장 방법 ... 492
21.6 하트리-포크 계산으로부터 주기율표 내경향의 이해 ... 498
21.7 좋은 양자수, 항, 준위, 상태 ... 500
21.8 궤도 및 스핀 각운동량 둘에 의존되는 배치 에너지 ... 503
21.9 항을 준위들로 해체하는 스핀-궤도 짝지음 ... 510
21.10 (보충) 에너지 차이가 나는 짝이룬 그리고 짝이루지 않은 전자 스핀의 배치 ... 512
CHAPTER 22 원자를 포함하는 분광학의 예 ... 521
22.1 원자 분광학의 본질 ... 521
22.2 원자 분광학에 근거한 분석 기술 ... 524
22.3 도플러 효과 ... 527
22.4 헬륨-네온 레이저 ... 528
22.5 레이저 동위원소 분리 ... 532
22.6 오거 전자와 X-선 광전자 분광학 ... 533
22.7 들뜬상태 O(³P)와 O(¹D)에 관한 선택 화학 ... 537
CHAPTER 23 와 H₂에서의 화학결합 ... 541
23.1 양자역학과 화학결합 ... 541
23.2 가장 간단한 한-전자분자: ... 541
23.3 바닥상태 에 관한 분자 파동함수 ... 543
23.4 분자 파동함수 와 에 대응하는 에너지 ... 545
23.5 분자 파동함수 와 에 대한 면밀한 검토 ... 548
23.6 H₂ 분자: 분자 궤도함수와 원자가결합 모형 ... 552
23.7 화학결합에 관한 원자가결합과 분자 궤도함수 모형의 비교 ... 555
CHAPTER 24 이원자분자에서의 화학결합 ... 559
24.1 다-전자분자에 관한 슈뢰딩거 방정식의 풀이 ... 559
24.2 원자 궤도함수의 선형결합으로 나타낸 분자 궤도함수 ... 560
24.3 분자 궤도함수 에너지 도표 ... 564
24.4 동종핵 이원자분자에 관한 분자 궤도함수 ... 566
24.5 다-전자분자의 전자 구조 ... 571
24.6 결합차수, 결합 에너지, 결합길이 ... 574
24.7 이종핵 이원자분자 ... 576
24.8 (보충) 분자 정전기 퍼텐셜 ... 578
CHAPTER 25 다원자분자의 분자 구조와 에너지 준위 ... 585
25.1 루이스 구조와 VSEPR 모형 ... 585
25.2 메테인, 에텐, 에타인의 혼성화를 이용한 편재 결합의 기술 ... 588
25.3 비동등 리간드의 혼성 궤도함수 구성 ... 592
25.4 화학결합 기술에 대한 혼성화의 이용 ... 597
25.5 분자 궤도함수 이론을 이용한 분자 구조의 예측 ... 599
25.6 편재와 비편재 결합 모형의 차이 ... 603
25.7 접합 및 방향족 분자에 관한 정성적 분자 궤도함수 이론: 휘켈 모형 ... 605
25.8 분자에서 고체로 ... 613
25.9 실온에서 반도체의 전도성 만들기 ... 614
CHAPTER 26 전자 분광학 ... 619
26.1 전자 전이 에너지 ... 619
26.2 분자 항 기호 ... 620
26.3 이원자분자의 전자 상태 간 전이 ... 623
26.4 이원자분자 내 전자 전이의 진동 미세 구조 ... 624
26.5 다원자분자에서의 자외선-가시선 흡수 ... 627
26.6 바닥상태와 들뜬상태 간 전이 ... 629
26.7 단일항-단일항 전이: 흡수와 형광 ... 630
26.8 계 간 전이와 인광 ... 632
26.9 형광 분광법과 분석화학 ... 633
26.10 자외선 광전자 분광법 ... 635
26.11 (보충) 이원자분자의 Σ 항에 대한 +와 -의 배정 ... 638
CHAPTER 27 계산화학 ... 643
John Pople 경(1925~2004)을 추모하며 / Warren J. Hehre, CEO[Wavefunction, Inc.]
27.1 계산화학적 약속 ... 643
27.2 퍼텐셜 에너지 표면 ... 644
27.3 하트리-포크 분자 궤도함수 이론: 슈뢰딩거 방정식의 직손 ... 648
27.4 극한 하트리-포크 모형의 성질 ... 651
27.5 이론 모형과 이론 모형 화학 ... 656
27.6 하트리-포크 이론을 넘어서 ... 657
27.7 가우시안 바탕 집합 ... 663
27.8 이론 모형의 선택 ... 666
27.9 그래프적 모형 ... 682
27.10 결론 ... 690
CHAPTER 28 분자 대칭 ... 703
28.1 대칭 요소, 대칭 조작 및 점 군 ... 703
28.2 점 군에 대한 분자 배정 ... 705
28.3 H₂O 분자와 점 군 ... 707
28.4 대칭 조작의 표현, 표현에 관한 바탕 및 지표 표 ... 712
28.5 표현의 차원 ... 715
28.6 H₂O 분자 궤도함수 설계에 표현의 이용 ... 719
28.7 분자 진동 기준 방식의 대칭 ... 722
28.8 선택 규칙과 적외선 대 라만 활성도 ... 726
28.9 (보충) 기약 표현 바탕 MO 생성에 투영 조작 방법의 이용 ... 727
CHAPTER 29 핵 자기공명 분광법 ... 733
29.1 본질적 핵 각운동량과 자기 모멘트 ... 733
29.2 자기장에서 0이 아닌 핵 스핀의 핵 에너지 ... 734
29.3 고립된 원자에 관한 화학적 이동 ... 738
29.4 분자에 묻힌 원자에 관한 화학적 이동 ... 739
29.5 이웃 원자단의 전기음성도와 화학적 이동 ... 740
29.6 이웃 원자단의 자기장과 화학적 이동 ... 740
29.7 스핀 -스핀 짝지음으로부터 생기는 NMR 봉우리의 다중선 분리 ... 742
29.8 세 스핀 이상이 작용할 때의 다중선 분리 ... 748
29.9 NMR 분량법에서의 봉우리 폭 ... 750
29.10 고체상태 NMR ... 752
29.11 NMR 영상 ... 753
29.12 (보충) 실험실과 회전틀에서의 NMR 실험 ... 755
29.13 (보충) 푸리에 변환 NMR 분광법 ... 757
29.14 (보충) 이차원 NMR ... 762
CHAPTER 30 확률 ... 771
30.1 왜 확률인가? ... 771
30.2 기본 확률 이론 ... 772
30.3 스털링 근사 ... 781
30.4 확률 분포 함수 ... 782
30.5 불연속 및 연속 변수를 포함하는 확률 분포 ... 785
30.6 특성화 분포 함수 ... 788
CHAPTER 31 볼츠만 분포 ... 797
31.1 미시 상태와 조합 ... 797
31.2 볼츠만 분포의 유도 ... 803
31.3 볼츠만 분포의 지배 ... 809
31.4 볼츠만 분포 법칙의 물리적 의미 ... 811
31.5 β의 정의 ... 812
CHAPTER 32 앙상블과 분자 상태합 ... 821
32.1 정준 앙상블 ... 821
32.2 이상기체에 관한 Q와 q의 관계 ... 823
32.3 분자 에너지 준위 ... 825
32.4 병진 상태합 ... 826
32.5 회전 상태합: 이원자분자 ... 828
32.6 회전 상태합 다원자분자 ... 837
32.7 진동 상태합 ... 838
32.8 등 분배 정리 ... 845
32.9 전자 상태합 ... 846
32.10 복습 ... 850
CHAPTER 33 통계열역학 ... 855
33.1 에너지 ... 855
33.2 에너지와 분자 에너지적 자유도 ... 859
33.3 열용량 ... 864
33.4 엔트로피 ... 869
33.5 잔류 엔트로피 ... 874
33.6 기타 열역학적 함수 ... 875
33.7 화학 평형 ... 879
CHAPTER 34 기체 분자 운동론 ... 887
34.1 기체 분자 운동론과 압력 ... 887
34.2 일차원 속도 분포 ... 890
34.3 맥스웰 분자 속력 분포 ... 894
34.4 속력 분포에 관한 대표값 : , , ... 896
34.5 기체 분출 ... 898
34.6 분자 충돌 ... 901
34.7 평균 자유 행로 ... 905
CHAPTER 35 운반 현상 ... 911
35.1 운반이란 무엇인가? ... 911
35.2 질량 운반: 확산 ... 912
35.3 농도 기울기의 시간 전개 ... 916
35.4 (보충) 확산의 통계적 관점 ... 919
35.5 열적 전도 ... 921
35.6 기체의 점성도 ... 925
35.7 점성도 측정 ... 929
35.8 액체 내 확산과 액체의 점성도 ... 930
35.9 (보충) 침강과 원심분리 ... 933
35.10 이온성 전도 ... 936
CHAPTER 36 기초 화학반응 속도론 ... 947
36.1 반응 속도론 입문 ... 947
36.2 반응 속도 ... 948
36.3 속도법칙 ... 950
36.4 반응 메커니즘 ... 956
36.5 적분 속도법칙 식 ... 958
36.6 (보충) 수치적 방법 ... 963
36.7 순차적 1차 반응 ... 965
36.8 평행 반응 ... 971
36.9 속도상수의 온도 의존성 ... 973
36.10 가역 반응과 평형 ... 975
36.11 (보충) 섭동-이완 방법 ... 979
36.12 (보충) 물의 자제 이온화: T-뜀의 예 ... 981
36.13 퍼텐셜 에너지 표면 ... 982
36.14 활성화물 이론 ... 985
CHAPTER 37 복합 반응 메커니즘 ... 995
37.1 반응 메커니즘과 속도법칙 ... 995
37.2 선평형 근사 ... 997
37.3 린더만 메커니즘 ... 999
37.4 촉매 작용 ... 1001
37.5 라디칼-연쇄 반응 ... 1015
37.6 라디칼-연쇄 중합 ... 1018
37.7 폭발 ... 1019
37.8 광화학 ... 1021
APPENDIX A
수학 보충 ... 1037
APPENDIX B
데이터 표 ... 1061
APPENDIX C
점 군 지표 표 ... 1083
APPENDIX D
장 끝 문제의 선별된 해답 ... 1091
Index ... 1107
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