《Molecular Engineering Thermodynamics》书评

华南理工大学化学与化工学院 苏沁

《Molecular Engineering Thermodynamics》，中文译名为《分子工程热力学》，出版于2014年，由Juan J. de Pablo和Jay D. Schieber编著。作者Juan J. de Pablo是芝加哥大学分子工程研究所的教授，曾获得过多项教学奖以及美国国家科学基金会颁发的早期总统科学和工程奖，还是美国物理学会、美国文理科学院和墨西哥科学院的院士；Jay D. Schieber是伊利诺伊理工大学的凝聚态软物质分子研究中心的主任以及化学生物工程系和物理系的化学工程教授。出版社为Cambridge University Press，隶属于英国剑桥大学，在提供优秀资源、教学法及教材编写方面在全球享有盛誉。

该书融合了经典统计方法，介绍了现代工程热力学导论的基本原理及其在生物和材料化学领域的应用，主要面向化学和生物化学工程专业的学生，旨在引导学生建立理论联系实践的逻辑思维。正文部分共12章节，现介绍如下：

第一章 引言：概述总结了本书的整体内容，列出了热力学相关的基础问题，介绍了热力学的基础物理概念和相关公式。

第二章 热力学假设：介绍了假设法、热力学三大定律，讨论了描述热力学平衡系统的必要变量。

第三章 广义热力学势：介绍了麦克斯韦关系式、热力学方程、二阶系数、朗缪尔吸附方程等概念。

第四章 热力学的初步应用：介绍了局部稳定性和全局稳定性的概念及其在二阶导数中的应用，介绍了单组分汽液平衡状态，介绍了P-V-T状态方程及从中构建热力学关系图的方法。

第五章 热力学在工艺设计中的应用——流动系统：介绍了宏观质量、能量和熵平衡等概念以及宏观平衡方程的推导；介绍了循环过程的热力学，包括卡诺循环、朗肯循环、制冷循环。

第六章 统计力学：联系了原子间的相互作用与热力学性质，推导了理想气体、分子在固体表面吸附以及聚合物链弹性等的基本关系，介绍了由统计力学处理的系统平衡时随时间波动的规律。

第七章 分子间相互作用：讨论了理想气体的状态方程、分子间的相互作用以及液体的状态方程，通过各状态方程对分子间作用力进行了详细的描述。

第八章 逸散性与汽液平衡：介绍了偏摩尔性质、逸度、逸度系数等概念的定义和计算方法及其应用，阐述了路易斯-兰德尔混合规则及其应用和Poynting校正因子，介绍了相平衡的一般方程，介绍了理想气体混合物的热力学性质，讨论了固体和液体在压缩气体中的溶解度。

第九章 活度与平衡：介绍了超额性质和活度的定义；总结了逸度和活度的计算方法；介绍了偏摩尔吉布斯自由能的性质；介绍了活度系数模型，包括范拉尔方程、威尔逊方程、NRTL方程和UNIQUAC模型；介绍了二元混合体系活度系数的测定方法；探讨了热力学模型与血-脑屏障的相关性及其应用；讨论了混合物中的液液平衡过程及其计算；介绍了几种统计力学的简单自由能模型。

第十章 反应平衡：介绍了化学反应的热力学原理及反应组成的计算方法，介绍了反应平衡的判据以及反应平衡常数，介绍了DNA链的变性及其在聚合酶链式反应（PCR）中的应用，介绍了统计力学与反应平衡间的联系。

第十一章 聚合物热力学：介绍了聚合物溶液的溶解度和混溶性；介绍了弗洛里－哈金斯溶液理论，包括Sanchez-Lacombe状态方程、BGY模型；介绍了嵌段共聚物中的微相分离；讨论了弗洛里－哈金斯模型的统计-机械推导。

第十二章 表面热力学：阐述了表面张力和界面张力的定义，介绍了表面层的吉布斯自由能与吉布斯-杜亥姆关系，介绍了弯曲界面和固液界面的界面张力计算推导过程，介绍了毛细管法测定表面张力的过程以及吸附法测定固气界面张力的过程，讨论了表面张力与温度的关系，探讨了混合物中的界面张力，包括汽液界面以及液体表面的单分子层形成过程。

附录A 数理背景：总结了本文中需用到的数学概念，包括泰勒展开式、链式法则、雅可比变换、微积分的基本理论、莱布尼茨公式、高斯散度定理、三次方程解法、二项式定理、多项式定理。

附录B 流体状态方程：讨论了各状态方程，包括理想气体状态方程、维里方程、范德华方程、Carnahan-Starling方程、Redlich-Kwong方程、Peng-Robinson方程、Martin-Hou状态方程、BWR方程、Anderko-Pitzer方程。

附录C 开放系统的微观平衡：介绍了质量连续性方程、动量方程、能量守恒方程、熵平衡、层流中的熵产生机制。

附录D 物性和参考文献：罗列了带有相关数据和程序的网站以及本书参考文献，介绍了相关物质的结构和特性，介绍了相关的物理常数。

本书从热力学导论基本原理出发，逐步深入，融合了经典统计学方法，涵盖了工程热力学在生物学和材料化学等领域的应用，包含大量的实例和课后习题，旨在扩展学生对关键知识点的理解与运用；配有在线教学手册供教师使用，便于提炼重难点；总结了丰富的相关数据集和资源，利于读者进行查阅和深入研究探讨。全书编排逻辑清晰，语言精炼简洁，图文并茂，内容全面广泛，每章末附有章节总结和习题，便于读者对相关知识点进行自我检阅。该书旨在让学生对分子工程热力学这门学科有更广泛的了解及探索兴趣，是一本工程科学学科的入门级参考工具书。

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纸本馆藏索书号：O642.1/P113

纸本馆藏地：五山校区-外文图书区（外教中心）