Tom drugi 2-tomowego dzieła Chemia fizyczna.

Znany od ponad 30 lat, dobrze przyjęty w środowisku akademickim podręcznik został uaktualniony i opracowany na nowo przez zespół specjalistów ze wszystkich dziedzin fizykochemii. Obok ścisłej prezentacji formalnej podstaw przedmiotu, książka zawiera obszerny i czytelnie napisany komentarz, liczne odniesienia do eksperymentu oraz opis najnowszych osiągnięć w zakresie:

 
• kwantowo-chemicznych metod obliczeniowych,
 
• widm atomowych i molekularnych,
 
• oddziaływań międzycząsteczkowych,
 
• nieliniowych właściwości optycznych materiałów,
 
• spektroskopii molekularnej (MW, IR, Raman, UV-VIS, XPS, UPS, ESCA, Auger),
 
• rezonansu magnetycznego (NMR, EPR), w tym metod impulsowych i obrazowania,
 
• struktury i właściwości materiałów,
 
• ciekłych kryształów i ich zastosowań,
 
• fotografii srebrowej i fotografii cyfrowej,
 
• historii odkryć naukowych w fizykochemii.

W podręczniku zastosowano obowiązującą nomenklaturę fizykochemiczną.

Tom 2 obejmuje zaawansowane zagadnienia chemii fizycznej zebrane w rozdziałach:

 
• podstawy mechaniki kwantowej i struktura elektronowa atomów;
 
• wiązania chemiczne i oddziaływania międzycząsteczkowe;
 
• elektryczne, optyczne i magnetyczne właściwości cząsteczek;
 
• spektroskopia molekularna;
 
• struktura i właściwości ciał stałych i ciekłych kryształów;
 
• fotochemia;
 
• elementy termodynamiki statystycznej.

Podręcznik przeznaczony jest dla studentów wydziałów chemii, biologii, fizyki i farmacji, a także dla wykładowców i pracowników naukowych.

Spis treści:

Przedmowa XIII

8. PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ I STRUKTURA ELEKTRONOWA ATOMÓW 
8.1. Podstawy doświadczalne teorii kwantów 
8.1.1. Promieniowanie ciała doskonale czarnego i hipoteza kwantów energii 
8.1.2. Zewnętrzny efekt fotoelektryczny. Efekt Comptona 
8.1.3. Widma atomowe i teoria Bohra 
8.2. Dualistyczny charakter cząstek materii i podstawy mechaniki kwantowej 
8.2.1. Hipoteza de Broglie?a 
8.2.2. Zasada nieoznaczoności Heisenberga 
8.2.3. Funkcja falowa i pierwszy postulat mechaniki kwantowej 
8.2.4. Drugi postulat mechaniki kwantowej 
8.2.5. Trzeci postulat mechaniki kwantowej. Równanie Schrödingera 
8.2.6. Wartości spodziewane. Czwarty postulat mechaniki kwantowej 
8.2.7. Znaczenie fizyczne komutacyjnych właściwości operatorów kwantowo-mechanicznych 
8.2.8. Cząstka w pudle potencjału 
8.2.9. Efekt tunelowy 
8.3. Atom wodoru i jony wodoropodobne 
8.3.1. Równanie Schrödingera dla atomu wodoru i jonów wodoropodobnych 
8.3.2. Liczby kwantowe n, l i m. Kwantowanie przestrzenne 
8.3.3. Orbitale atomowe i ich rozmieszczenie w przestrzeni 
8.3.4. Spin elektronu 
8.3.5. Momenty magnetyczne elektronu w atomie 
8.3.6. Sprzężenie spinowo-orbitalne i wewnętrzna liczba kwantowaj 
8.4. Struktura elektronowa atomów wieloelektronowych 
8.4.1. Orbitale atomowe wieloelektronowych atomów 
8.4.2. Zakaz Pauliego 
8.4.3. Rozbudowa powłok elektronowych i konfiguracje elektronowe atomów 
8.4.4. Energia jonizacji i powinowactwo elektronowe 
8.4.5. Wypadkowy orbitalny moment pędu i wypadkowy spin elektronów atomu. Liczby kwantowe L i S 
8.4.6. Całkowity moment pędu elektronów w atomie i związany z nim moment magnetyczny 
8.4.7. Poziomy energetyczne atomów w przypadku sprzężenia LS 
8.5. Przybliżone metody mechaniki kwantowej 
8.5.1. Przybliżenie adiabatyczne i przybliżenie Borna-Oppenheimera 
8.5.2. Metoda wariacyjna i metoda kombinacji liniowych 
8.5.3. Rachunek zaburzeń Rayleigha- Schrödingera 
8.5.4. Rachunek zaburzeń zależnych od czasu 
8.5.5. Funkcja falowa układu wieloelektronowego. Wyznacznik Slatera 
8.5.6. Równania metody Hartree-Focka dla układu zamkniętopowłokowego. Energia korelacji 
8.6. Widma atomowe 
8.6.1. Absorpcja i emisja promieniowania. Momenty przejścia 
8.6.2. Reguły wyboru dla przejść promienistych w atomach 
8.6.3. Nadsubtelna struktura linii w widmach atomowych 
8.6.4. Widma atomów metali alkalicznych 
8.6.5. Widma atomów o konfiguracji ns2 w stanie podstawowym 
8.6.6. Zjawiska Zeemana i Starka 
8.6.7. Widma rentgenowskie atomów 

9. WIĄZANIA CHEMICZNE I ODDZIAŁYWANIE MIĘDZYCZĄSTECZKOWE 
9.1. Wiązania jonowe i kowalencyjne 
9.1.1. Wiązania jonowe 
9.1.2. Energia wiązań kowalencyjnych 
9.1.3. Długość i stałe siłowe wiązań 
9.1.4. Elektroujemność 
9.1.5. Elektronowa funkcja energii i jej pochodne 
9.1.6. Gęstość elektronowa 
9.2. Elementy teorii wiązania kowalencyjnego 
9.2.1. Metoda orbitali molekularnych i metoda wiązań walencyjnych 
9.2.2. Metoda LCAO MO na przykładzie jonu H+2 
9.2.3. Metoda wiązań walencyjnych w zastosowaniu do cząsteczki H2 
9.3. Wiązanie chemiczne w cząsteczkach dwuatomowych i ich struktura elektronowa 
9.3.1. Charakterystyka orbitali molekularnych i ich korelacja z orbitalami atomowymi 
9.3.2. Orbitale molekularne H+2 i innych cząsteczek homojądrowych 
9.3.3. Konfiguracja elektronowa, wiązania i stany elektronowe cząsteczek homojądrowych 
9.3.4. Dwuatomowe cząsteczki heterojądrowe. Wiązania spolaryzowane 
9.4. Zlokalizowane wiązania w cząsteczkach wieloatomowych 
9.4.1. Kierunkowe właściwości wiązań 
9.4.2. Hybrydyzacja s-p orbitali atomu C i innych atomów 
9.4.3. Hybrydyzacja z udziałem orbitali d i wiązania w kompleksowych związkach metali przejściowych 
9.5. Zdelokalizowane wiązania w układach sprzężonych 
9.5.1. Opis cząsteczki benzenu metodą wiązań walencyjnych 
9.5.2. Przybliżenie ?-elektronowe i przybliżenie Hückla w metodzie orbitali molekularnych 
9.5.3. Cząsteczka etylenu w przybliżeniu Hückla 
9.5.4. Cząsteczka benzenu w przybliżeniu Hückla 
9.5.5. Diagramy molekularne 
9.5.6. Wiązania wielocentrowe 
9.6. Związki międzycząsteczkowe 
9.6.1. Wiązania wodorowe 
9.6.2. Kompleksy donorowo-akceptorowe 
9.6.3. Klatraty 
9.7. Oddziaływania międzycząsteczkowe 
9.7.1. Cząsteczka w polu elektrycznym 
9.7.2. Oddziaływania van der Waalsa 
9.7.3. Perturbacyjna metoda obliczania energii oddziaływań międzycząsteczkowych 
9.7.4. Rozwinięcie multipolowe 

10. ELEKTRYCZNE, OPTYCZNE I MAGNETYCZNE WŁAŚCIWOŚCI CZĄSTECZEK 
10.1. Polaryzowalność i momenty dipolowe cząsteczek 
10.1.1. Polaryzacja indukowana i polaryzowalność cząsteczek 
10.1.2. Polaryzacja orientacyjna i polaryzowalność molowa substancji o cząsteczkach polarnych 
10.1.3. Polaryzowalność w zmiennych polach elektrycznych. Refrakcja molowa 
10.1.4. Pomiary momentów dipolowych 
10.1.5. Moment dipolowy a struktura cząsteczek 
10.2. Anizotropia polaryzowalności cząsteczek i związane z nią zjawiska optyczne 
10.2.1. Nieliniowe zjawiska optyczne 
10.2.2. Zjawisko Kerra 
10.2.3. Polaryzowalność cząsteczek a zjawisko rozpraszania światła 
10.2.4. Efekty magnetooptyczne 
10.2.5. Czynność optyczna i dyspersja skręcalności optycznej. Efekt Faradaya 
10.3. Właściwości magnetyczne cząsteczek 
10.3.1. Diamagnetyki, paramagnetyki, ferromagnetyki i ferrimagnetyki 
10.3.2. Diamagnetyzm 
10.3.3. Paramagnetyzm 

11. SPEKTROSKOPIA MOLEKULARNA 
11.1. Przegląd widm cząsteczkowych 
11.1.1. Poziomy energetyczne cząsteczek a struktura ich widm 
11.1.2. Prawa absorpcji Bouguera-Lamberta i Lamberta-Beera 
11.1.3. Pomiary spektrofotometryczne 
11.1.4. Spektrometria Fouriera 
11.2. Kwantowochemiczny opis oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią 
11.2.1. Przejścia promieniste ? absorpcja i emisja promieniowania 
11.2.2. Przejścia bezpromieniste 
11.2.3. Rozpraszanie promieniowania elektromagnetycznego 
11.2.4. Natężenie pasm absorpcyjnych a prawdopodobieństwo przejść widmowych 
11.3. Absorpcyjne widma rotacyjne 
11.3.1. Cząsteczka dwuatomowa jako rotator sztywny o swobodnej osi obrotu 
11.3.2. Równanie Schrödingera dla rotatora sztywnego o swobodnej osi obrotu. Poziomy energetyczne rotatora 
11.3.3. Reguły wyboru dla absorpcyjnych przejść rotacyjnych 
11.3.4. Widma rotacyjne cząsteczek dwuatomowych i liniowych cząsteczek wieloatomowych 
11.3.5. Pomiary absorpcji w obszarze mikrofalowym 
11.3.6. Widma rotacyjne cząsteczek nieliniowych 
11.3.7. Niektóre zastosowania spektroskopii mikrofalowej 
11.4. Absorpcyjne widma oscylacyjne i oscylacyjno-rotacyjne 
11.4.1. Cząsteczka dwuatomowa jako klasyczny oscylator harmoniczny 
11.4.2. Oscylator harmoniczny prosty w ujęciu kwantowym 
11.4.3. Cząsteczka dwuatomowa jako oscylator anharmoniczny i jej widmo oscylacyjne 
11.4.4. Widma oscylacyjno-rotacyjne cząsteczek dwuatomowych 
11.4.5. Drgania i widma oscylacyjne cząsteczek wieloatomowych 
11.4.6. Zastosowania spektroskopii w podczerwieni 
11.5. Efekt Ramana i widma ramanowskie 
11.5.1. Powstawanie i pochodzenie widm ramanowskich 
11.5.2. Reguły wyboru dla przejść oscylacyjnych i drgania aktywne w widmie Ramana 
11.5.3. Rezonansowy efekt Ramana 
11.5.4. Rotacyjne widma Ramana 
11.5.5. Zastosowania spektroskopii ramanowskiej 
11.6. Elektronowe widma cząsteczek dwuatomowych 
11.6.1. Sprzężenie ruchów elektronów z rotacją cząsteczek i reguły wyboru w przypadku przejść elektronowych 
11.6.2. Struktura rotacyjna pasm elektronowo-oscylacyjnych 
11.6.3. Struktura oscylacyjna widm elektronowych. Zasada Francka-Condona 
11.6.4. Ciągłe i rozmyte widma elektronowe. Dysocjacja, jonizacja i predysocjacja cząsteczek 
11.7. Widma elektronowe cząsteczek wieloatomowych 
11.7.1. Ogólna charakterystyka pasm elektronowych 
11.7.2. Podział przejść elektronowych i ich charakterystyka 
11.7.3. Elektronowe widma absorpcyjne a budowa cząsteczek 
11.7.4. Diagram Jabłońskiego 
11.7.5. Przejścia bezpromieniste, konwersja wewnętrzna, konwersja międzysystemowa 
11.7.6. Fluorescencja, fosforescencja, kinetyka procesów fotofizycznych 
11.7.7. Widma substancji w roztworach i ich zastosowania 
11.7.8. Matryce niskotemperaturowe i ich zastosowania w spektroskopii 
11.7.9. Widma cząsteczek w naddźwiękowych wiązkach molekularnych 
11.7.10. Spektroskopia elektronów 
11.8. Spektroskopia rezonansów magnetycznych 
11.8.1. Zjawisko rezonansu magnetycznego 
11.8.2. Eksperyment fali ciągłej 
11.8.3. Kwantowochemiczny opis rezonansu magnetycznego 
11.8.4. Fenomenologiczny model relaksacji spinów. Równania Blocha 
11.8.5. Eksperyment impulsowy 
11.9. Magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) 
11.9.1. Przesunięcie chemiczne 
11.9.2. Sprzężenie spinowo-spinowe i subtelna struktura linii rezonansowych 
11.9.3. Wpływ dynamiki cząsteczki na widma NMR 
11.9.4. Dwuwymiarowe widma NMR 
11.9.5. Obrazowanie NMR 
11.10 Paramagnetyczny rezonans elektronowy (EPR) 
11.10.1. Widmo EPR 
11.10.2. Oddziaływanie spin-jądro: sprzężenie nadsubtelne 
11.10.3. Anizotropowe widma EPR 
11.10.4. Sprzężenie subtelne. Widma EPR cząsteczek w stanach trypletowych 

12. STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIEKŁYCH KRYSZTAŁÓW 
12.1. Struktura i symetria kryształów 
12.2. Metody dyfrakcyjne 
12.2.1. Dyfrakcja promieni rentgenowskich 
12.2.2. Analiza strukturalna 
12.3. Energia spójności kryształu. Kryształy metaliczne, jonowe, kowalencyjne i molekularne 
12.3.1. Kryształy metaliczne 
12.3.2. Kryształy jonowe 
12.3.3. Kryształy kowalencyjne 
12.3.4. Kryształy molekularne 
12.3.5. Energia sieci 
12.4. Kryształy rzeczywiste. Defekty struktury krystalicznej 
12.4.1. Defekty punktowe 
12.4.2. Defekty liniowe 
12.4.3. Defekty płaskie 
12.5. Pojemność cieplna ciał stałych 
12.6. Anizotropia fizycznych właściwości kryształów 
12.7. Rozszerzalność termiczna kryształów 
12.7.1. Model mikroskopowy 
12.7.2. Zależności termodynamiczne 
12.8. Zjawiska piezo-, piro- i ferroelektryczne 
12.8.1. Efekt piezoelektryczny 
12.8.2. Efekt piroelektryczny 
12.8.3. Ferroelektryczność i ferroelektryki 
12.8.4. Piezo-, piro- i ferroelektryczne materiały polikrystaliczne i częściowo krystaliczne 
12.9. Właściwości optyczne ośrodków uporządkowanych 
12.9.1. Rozchodzenie się fali elektromagnetycznej w ośrodkach izotropowych 
12.9.2. Ośrodki optycznie anizotropowe 
12.10. Właściwości elektryczne ciał stałych 
12.10.1. Podstawowe pojęcia i zależnośc 
12.10.2. Metale, półprzewodniki, izolatory 
12.10.3. Domieszkowanie półprzewodników, stany lokalne 
12.10.4. Przewodzące materiały organiczne 
12.11. Ciekłe kryształy 
12.11.1. Budowa cząsteczek tworzących fazy ciekłokrystaliczne 
12.11.2. Fazy ciekłokrystaliczne 
12.11.3. Oddziaływania między cząsteczkami ciekłego kryształu 
12.11.4. Nematyczny ciekły kryształ w polu elektrycznym 
12.11.5. Niektóre zastosowania ciekłych kryształów wykorzystujące ich właściwości optyczne

13. FOTOCHEMIA 
13.1. Podstawowe pojęcia i prawa fotochemii 
13.1.1. Reakcje fotochemiczne a absorpcja promieniowania. Prawo Grotthusa-Drapera 
13.1.2. Etapy reakcji fotochemicznej 
13.1.3. Prawo równoważności fotochemicznej Einsteina-Starka. Wydajność kwantowa reakcji fotochemicznych 
13.1.4. Procesy jednofotonowe i dwufotonowe 
13.1.5. Reakcje fotochemiczne a reakcje termiczne 
13.2. Doświadczalne metody fotochemii 
13.2.1. Źródła promieniowania wzbudzającego 
13.2.2. Lasery 
13.2.3. Fotoliza błyskowa 
13.2.4. Pomiary wydajności kwantowej i aktynometria chemiczna 
13.2.5. Pomiary czasów życia i wydajności luminescencji 
13.3. Przekazywanie energii elektronowej i sensybilizowane reakcje fotochemiczne 
13.3.1. Promieniste przekazywanie energii 
13.3.2. Bezpromieniste przekazywanie energii 
13.3.3. Mechanizm kulombowski bezpromienistego przeniesienia energii 
13.3.4. Mechanizm wymienny bezpromienistego przeniesienia energii 
13.3.5. Wewnątrzcząsteczkowe przekazywanie energii 
13.3.6. Sensybilizowane reakcje fotochemiczne 
13.4. Kinetyka reakcji fotochemicznych 
13.4.1. Szybkość pierwotnych reakcji fotochemicznych 
13.4.2. Kinetyka reakcji fotochemicznych o mechanizmie łańcuchowym 
13.4.3. Fotochemiczne stany stacjonarne 
13.4.4. Wpływ temperatury i długości fali promieniowania wzbudzającego na kinetykę reakcji fotochemicznych 
13.4.5. Wpływ rozpuszczalnika na kinetykę reakcji fotochemicznych 
13.5. Fotografia 
13.5.1. Halogenosrebrowy proces fotograficzny 
13.5.2. Mechanizm wywoływania fotograficznego 
13.5.3. Fotografia barwna 
13.5.4. Procesy fotograficzne bezsrebrowe 
13.5.5. Elektrofotografia

14. ELEMENTY TERMODYNAMIKI STATYSTYCZNEJ 
14.1. Podstawowe pojęcia termodynamiki statystycznej 
14.1.1. Prawdopodobieństwo 
14.1.2. Rozkład statystyczny 
14.1.3. Zespół statystyczny Gibbsa 
14.1.4. Przestrzeń fazowa 
14.2. Funkcje rozkładu 
14.2.1. Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca 
14.2.2. Funkcja rozkładu Bosego-Einsteina 
14.2.3. Funkcja rozkładu Maxwella-Boltzmanna. Suma stanów 
14.2.4. Poziom Fermiego 
14.3. Zespoły statystyczne 
14.3.1. Zespół mikrokanoniczny 
14.3.2. Zespół kanoniczny 
14.3.3. Zespół wielki kanoniczny 
14.3.4. Suma stanów 
14.3.5. Równanie stanu gazu 
14.4. Funkcje termodynamiczne i suma stanów gazu doskonałego 
14.4.1. Związki pomiędzy sumą stanów a funkcjami termodynamicznymi 
14.4.2. Suma stanów dla cząsteczek gazu doskonałego 
14.4.3. Suma stanów translacji 
14.4.4. Suma stanów rotacji 
14.4.5. Suma stanów oscylacji 
14.4.6. Suma stanów dla wzbudzeń elektronowych 
14.4.7. Całkowita suma stanów i równanie stanu gazu doskonałego 
14.4.8. Maxwellowski rozkład energii cząsteczek 
14.4.9. Molowa energia wewnętrzna gazu 
14.4.10. Molowa entropia gazu 
14.4.11. Ortowodór i parawodór 
14.4.12. Entropia mieszania gazów 
14.5. Statystyczno-termodynamiczne metody obliczania stałej równowagi i stałej szybkości reakcji 
14.5.1. Suma stanów i stała równowagi reakcji 
14.5.2. Stała równowagi reakcji tworzenia dwuatomowej cząsteczki z atomów 
14.5.3. Stała równowagi reakcji podwójnej wymiany między cząsteczkami dwuatomowymi 
14.5.4. Statystyczno-termodynamiczna metoda obliczania stałej szybkości reakcji w doskonałym układzie gazowym 
14.5.5. Stałe szybkości reakcji jednocząsteczkowych w ujęciu termodynamiki statystycznej 
14.6. Statystyczno-termodynamiczny model roztworu 
14.6.1. Entropia mieszania cieczy 
14.6.2. Ciepło mieszania 
14.6.3. Potencjał chemiczny składnika w roztworze. Roztwory doskonałe i prawidłowe 
14.6.4. Ograniczona mieszalność w roztworach prawidłowych 
14.7. Elementy statystyczno-termodynamicznego opisu przemian fazowych 
14.7.1. Model Isinga 
14.7.2. Przybliżenie średniego pola 
14.8. Metoda symulacji komputerowej w modelowaniu molekularnym

Dodatki 
D.4. Wodoropodobne orbitale atomowe 
D.5. Konfiguracje elektronowe atomów 
D.6. Operatory 
D.7. Funkcjonał i pochodna funkcjonalna 
D.8. Mnożenie wektorów i tensorów 
D.9. Konfiguracja elektronowa i wiązania w niektórych homojądrowych cząsteczkach dwuatomowych w stanie podstawowym 
D.10. Drgania i współrzędne normalne 
D.11. Wielkości opisywane tensorami. Konwencja sumacyjna Einsteina 
D.12. Redukcja liczby składników tensora 

Literatura uzupełniająca 
Skorowidz nazwisk 
Skorowidz rzeczowy