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原子で書いた文字「PEACE ’91 HCRL」.白い丸はMoS2結晶上の硫黄原子.走査型トンネル顕微鏡写真.
2日目資料 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
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走査型トンネル顕微鏡 プローブ 表面 P18 図1-24
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走査型トンネル顕微鏡 プローブ 表面 P18 図1-24
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走査型トンネル顕微鏡 プローブ 表面 P18 図1-24
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ビリヤードの玉 = 原子 なら 「運命」は決まっている!
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
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F = m a ニュートンの運動方程式 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.
ニュートンの運動方程式 F = m a 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.
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F = m a ニュートンの運動方程式 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.
ニュートンの運動方程式 F = m a 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.
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力Fと質量mがわかっていれば,加速度aがわかる. 未来の速度がわかれば未来の位置がわかる.
未来を予測する方法 ニュートンの運動方程式 F = m a 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!
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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!
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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
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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)
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 微視的(ミクロ) 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 P6 図1-5
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273.1K 0.4kPa 353.5K 30kPa 単分子吸着層のスナップショット
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斥力 引力
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原子・分子間に力が はたらくのはなぜか?
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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
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
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<静電気力の特徴> 同符号の電荷(+と+,-と-)は反発しあう. 異符号の電荷(+と-)は引き合う. 距離が近いほど大きな力が働く.
<静電気力の特徴> 同符号の電荷(+と+,-と-)は反発しあう. 異符号の電荷(+と-)は引き合う. 距離が近いほど大きな力が働く. p8 式(1.9)
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イオン性結晶 _ _ + + _ _ + + _ _ + + P9 図1-8
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原子が結合して共有結合を 作ろうとするのはなぜか?
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結合状態の水素分子 解離状態の水素分子 P10 図1-10,11
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共有結合時の電子雲 P10 図1-9
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極性分子 + H ― O H +
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双極子モーメント p = qR P11 図1-12
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イオン-双極子相互作用 双極子-双極子相互作用
+ - + - + - + - - + - + -
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無極性分子にはたらく力も 静電気力で説明できるか?
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+ + ― 原子核 電子
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+ ― + 電子 原子核
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誘起双極子 + + ― ・ 原子核 正電荷 電子雲 P12 図1-15
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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
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誘起双極子 永久双極子 + + ― ― ・ 原子核 + 電子雲
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(=分散力もしくはファンデルワールス力)
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!
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同系列の分子では,一般に分子量が大きいほど (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? (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?)
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ー 氷(Ih)の結晶構造 + ー P15 図1-19
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メタンハイドレート P15 図1-19
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DNA アデニン(A) - チミン(T) グアニン(G) - シトシン(C)
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薬が効くしくみ
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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?
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斥力 引力
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誘起双極子 + + ― ― ・ 原子核 + 電子雲
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水と油が分離するのはなぜか?
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水と油が分離する理由 水素結合 ― + ―
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「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.
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