原子で書いた文字「PEACE ’91 HCRL」.白い丸は
MoS2結晶上の硫黄原子.走査型トンネル顕微鏡写真.
P18
図1-25
1
走査型トンネル顕微鏡
プローブ
表面
P18
図1-24
2
走査型トンネル顕微鏡
プローブ
表面
P18
図1-24
3
走査型トンネル顕微鏡
プローブ
表面
P18
図1-24
4
ビリヤードの玉の運動は予測できる.
ビリヤードの玉 = 原子 なら
「運命」は決まっている!
P1
図1-1
5
ニュートンの運動方程式
F=ma
• 質量が同じなら,加速を大きくするためには,
より大きな力が必要.
• 同じ加速をするとき,質量の大きいものは,よ
り大きな力が必要. etc.
6
ニュートンの運動方程式
F=ma
• 質量が同じなら,加速を大きくするためには,
より大きな力が必要.
• 同じ加速をするとき,質量の大きいものは,よ
り大きな力が必要. etc.
7
未来を予測する方法
ニュートンの運動方程式
F=ma
力Fと質量mがわかっていれば,加速度aがわかる.
加速度がわかれば,未来の速度がわかる.
未来の速度がわかれば未来の位置がわかる.
古典力学では,運命は決まっている!
8
9
量子力学と古典力学の関係
量子力学的粒子
P7
図1-6
量子力学では,未来は不確定!
10
量子力学
全ての物体で成り立つ
古典力学
大きな物体でのみ成り立つ
古典力学が正しい領域
古典力学による値
あ
る
物
理
量
量子力学による値
=真の値
小
粒子の大きさ
大
11
古典力学で近似可能な範囲
巨視的(マクロ)
惑星の運動
リンゴの落下
コロイド粒子の運動(ブラウン運動など)
分子全体の運動(並進・回転)
分子内の原子の振動
原子・分子内の電子の運動
原子核内の陽子・中性子の運動
古典力学で近似可能
分子シミュレーション
古典力学で近似不可能
→ 量子力学計算必要
微視的(ミクロ)
P6
図1-5
12
13
14
15
16
273.1K 0.4kPa
353.5K 30kPa
単分子吸着層のスナップショット
17
斥力
引力
18
原子・分子間に力が
はたらくのはなぜか?
19
自然界の4つの力
 重力(万有引力): 質量を持った粒子間に働く力
 電磁気力: 電場および磁場に関係する力
• 静電気力: 電荷の間に働く力 → 原子・分子の世界の主役
• 静磁力: 磁荷の間に働く力
• 電場と磁場の両方が関与する力: 電磁波等に関係
 強い力: 原子核を保持している力
 弱い力: β崩壊等に関係する力
P8
図1-7
20
<静電気力の特徴>
①同符号の電荷(+と+,-と-)は反発しあう.
②異符号の電荷(+と-)は引き合う.
③距離が近いほど大きな力が働く.
q1 q 2
F k 2
r
p8
式(1.9)
21
イオン性結晶
+
_
+
_
_
+
_
+
+
_
+
_
P9
図1-8
22
原子が結合して共有結合を
作ろうとするのはなぜか?
23
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
P10
図1-10,11
24
共有結合時の電子雲
P10
図1-9
25
極性分子
+
H
―
O
H
+
26
双極子モーメント
p = qR
P11
図1-12
27
双極子-双極子相互作用
-
-
+
+
イオン-双極子相互作用
-
28
無極性分子にはたらく力も
静電気力で説明できるか?
29
+
+
―
原子核
電子
30
+
―
+
原子核
電子
31
誘起双極子
+
―
+
・
原子核
電子雲
正電荷
P12
図1-15
32
双極子-誘起双極子相互作用
永久双極子
誘起双極子
P13
図1-16
33
誘起双極子
+
―
永久双極子
+
―
・
原子核
電子雲
+
34
誘起双極子-誘起双極子相互作用
(=分散力もしくはファンデルワールス力)
P13
図1-17
ファンデルワールス力の原因は
重力(万有引力)ではない!
35
同系列の分子では,一般に分子量が大きいほど
分散力は大きくなるのはなぜか?
(炭化水素ではメタン,エタン,プロパンの順で
分散力は大きくなるのはなぜか?)
36
37
ー
氷(Ih)の結晶構造
+
ー
P15
図1-19
38
メタンハイドレート
P15
図1-19
39
DNA
アデニン(A) - チミン(T)
グアニン(G) - シトシン(C)
40
薬が効くしくみ
41
水と油(例えばベンゼン)分子の間には
引力がはたらくか,斥力がはたらくか?
42
斥力
引力
43
誘起双極子
+
―
+
―
・
原子核
電子雲
+
44
水と油が分離するのはなぜか?
45
水と油が分離する理由
水素結合
―
+
―
46
「わかる」とは,
基本的な法則・事実を把握すること.
「バカの一つ覚え」的対応が可能となる.
47
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原子で書いた文字「PEACE `91 HCRL」.白い丸はMoS2結晶上の硫黄