化学入門11

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• ニュートン力学

  古典物理学が通用しない
• ハドロン；

  クォークの複合体で複合粒子という。 メゾン（π中間子）とバリオン（陽子、中性子な ど）にわけられる。
• π中間子の授受が

  接着剤（核力）の役割を果たしている。
• ミクロの世界　１

  とびとびの値しかとらない
• – ミクロの世界では

  整数倍の値をとる。
• ミクロの世界２

  粒であり波である
• 電子のような極微小なものは

  粒という物質であり ながらも波としての性格ももっている
• ミクロの世界３

  不確定性
• 物質の位置と速度を

  同時に確定できない。常に 動いている。
• 分光学(spectroscopy)

  物質が放出・吸収する光の研究
• 光の正体？ • 紀元前

  – アリストテレス – 色とは光と闇の混ざり具 合
• 1870年

  マクスウェル　光は電磁波の一種
• • 1600年

  – ニュートン – プリズムによるスペクト ル；粒子説
• • 1900年

  – プランク – 黒体放射のプランクの 公式
• 1800年

  – ヤング – 光の干渉実験；波動説
• • 1905年

  – アインシュタイン – 光電効果から光量子仮 説；粒子説
• プリズムによる分光 • ニュートン；

  粒子説
• 光は

  プリズムで７色の帯に分けられ、粒の集まりである。
• 波長が長い

  振動数がすくない
• 波長(λ：nm）：

  ：繰り返し振動する波の1周期分の長さ （＝山と山の間 または 谷と谷の間の距離）
• 振動数(ν: 1/s, Hz）：

  1秒間に特定の点を通過する波の数
• 振幅：

  波の中心線から頂点までの垂直距離。
• 波数 (cm-1)：

  1cm間に特定の点を通過する波の数
• 速度 (m/s) =

  波長 × 振動数
• 光速；

  3.00×10の８乗m/s
• エルステッド

  電流は磁界をつくる
• ファラデー

  磁界は電流をつくる
• マクスウェル

  電場は磁場を、磁場は電場を連続 して生じる。
• これが

  波のように空間 を伝わる。（ヘルツが実証）
• 電磁波は光速で伝わる →

  光は電磁波の一種
• 光（電磁波）　波長が短いやつ

  • ガンマ線 • X線 • 紫外線
• 波長が短い

  エネルギーが大きい
• 波長が長い

  エネルギーが小さい
• 波長が長いもの

  • 赤外線 • マイクロ波 • ラジオ波
• 波長が中間のもの

  可視光線
• 光のエネルギーは

  ブランク定数に振動数を乗じたもの
• 光の色

  ＝光の波長（振動数） の違い
• 光の明るさ＝

  振幅の違い： 振幅が大きいと明るい
• 解像力と波長の関係 　大きな粒子は

  隙間を 通過できない
• より鮮明な像ができる

  解像力が高い
• 粒子が小さいほど

  容易 に隙間を通過できる
• 光の性質 • 反射

  – 光は物体から反射し、目に到達した特定波長の 光が物体の色となる。
• 透過

  光は物体を透過する場合がある。
• • 吸収

  光は物体に吸収される
• 吸収された光が

  より長い 波長光として放出される
• 吸収された光がより長い 波長光として放出されること

  蛍光
• 屈折

  光は物体を通して曲げられる。
• ラクトフェリンは

  ビフィズス菌に結合する
• 蛍光による

  タンパク質の可視化
• 光の屈折 　光がある媒体から異なる 密度の他の媒体を

  通過 する際に屈曲する。
• 水から空気へ通過する光 の屈折が、

  鉛筆が曲がっ て見える原因
• 光は障害物を回り込む

  光の波としての性質
• 山と山、谷と谷は

  振幅強度を増加する。
• 。山と谷は

  振幅 は相殺される。
• スリットによる光の回折 32 シングルスリットの場合

  光の回折によって、スリット幅よりも広い帯としてスクリーンに映る。
• ダブルスリットの場合

  それぞれのスリットからの光が回折して強め合う干渉（山と 山）と弱め合う干渉（山と谷）が生じてスクリーンには明暗の 縞模様が映る。
• 黒体放射 固体は加熱すると

  広い波長領域の電磁波が放射される 。「光の色」と「温度」との関係
• ウィーンの変位則

  λmax・T = C
• λmax

  x モノが発する１番強い波長
• T

  絶対温度
• C

  定数
• 光の「色」と「明るさ」 • 色：

  ：光の波長（振動数）
• 明るさ（強さ）：

  ：光の振幅
• 「強くて赤い光」と「弱くて青い光」が混ざった光 の場合、

  ヒトの目には「赤い光」と認識される。
• 「最も強い光の色」、すなわち「最も振幅が大き い光の振動数」が

  その光全体の色として見える。
• スペクトル

  混ざり合った光を分け、光の強さと波長（振動数）の グラフに表したもの
• 黒体放射とは

  固体は加熱すると広い波長領域の電磁波が放射される
• ナトリウム原子の線スペクトル 　原子は

  熱などのエネルギーで励起されると光を放出する
• ナトリウム原子の線スペクトル

  589.6 nm 　589.0 nm
• 電磁波のエネルギーと原子の線スペクトル 40 　Johann Balmer:

  1885年
• Johannes Rydberg:

  不明
• リュードベリ定数

  R = 1.097×10-2 nm-1
• プランクの量子論-1

  プランクの量子仮説
• 【実験事実】放射されるエネルギー量(E)は

  波長に依存する。
• 原子は

  特定波長の光を出す
• 【古典物理学】原子や分子は

  任意の量のエネルギーを放射する。
• 【プランクの説　原子や分子は

  あるまとまった不連続な量だ けエネルギーを放射・吸収できる。
• 不連続な量

  ＝整数倍となる ＝量子化されている
• 光のエネルギーは

  はhνの整数倍になる
• 光のエネルギーはhνの整数倍になる →

  光のエネルギーはある決まった飛び飛びの値をとる
• 光のエネルギーはある決まった飛び飛びの値をとる→

  光のエネルギーは非連続的である
• プランクの量子論-3 量子：

  電磁波の形で放出（または吸収）される 最小量であり、一つの固まりと捉える。
• E =

  h × ν ＝ h × c/λ
• ｖ：

  振動数
• ｃ：

  光速
• λ :

  波長
• →エネルギーは

  振動数に比例する
• 比例しないもの

  電磁波の強度や明るさ
• プランクの量子論

  光のエネルギーは飛び飛びである
• 光を連続的な波とした、

  光の波動説を否定
• 光量子仮説

  アインシュタイン
• 光は

  プランク定数hと振動数νを乗じたエネルギー をもつ粒子と考えればいい。
• 光電効果：

  ある金属表面にしきい振動数以上の振動数の光を照射すると、 表面から電子が放出される現象
• 光子1個(photon)のエネルギー E =

  h × ν
• プランク定数 h :

  6.63×10-34J・s)
• ヤングのダブルスリットの実験　 電磁波は

  波の性質をもつ
• ダブルスリットを抜けた光は 回折し、干渉することで

  でスク リーンには強弱の回折パ ターンが投影される。
• 光＝

  粒子では説明できない
• 光は

  波動性をもつ電磁波である。
• 波動性をもつ粒子 • ヤングの実験

  光は波動性で説明できる。
• 光電効果

  – 光は粒子性（光の光子概念）で説明できる。
• 水素原子のボーアモデル 　軌道のエネルギー準位 は

  量子化されている
• 電子が高いエネルギーの軌道 から低いエネルギーの軌道に 落ちる（遷移する）とき、

  両軌道 間のエネルギー差に相当する エネルギーが放出される。
• ボーアは古典物理学の考えを捨て、

  量子の考えから原子モデルを検討した。
• 電子の軌道を量子化し、

  、同じ軌道ではエネルギー差は生じず、異なる軌道 に落ちたときに差が生じる。
• リュードベリ定数

  R = 1.097×10-2 nm-1
• リュードベリ定数は

  原子の出す特定波長 の光を公式化
• n=1への電子の遷移を

  ライマン系列といい、紫外 線部のスペクトルとなる
• ド・ブロイの仮説 • 質量のある動く物体は、

  全て光と同じように 波の性質をもっている。
• すなわち、物体は

  粒 子であると同時に波であるという二重の性質 をもっている。（物質波）
• 粒子として考えられていた電子も

  波動として の性質を併せもっている。
• λ 波長→

  波動性
• ｍ質量→

  粒子性
• de Broglieの式

  λ ＝h/mv(光速cを物質の速さv に置き換えた。)
• 物質波の波長は

  粒子の質量×速さに反比例する
• 量子力学と不確定性原理 Shoredinger

  量子力学モデル （1926)
• 量子力学モデル （1926)は

  →電⼦の波動性に注⽬
• →「波動⽅程式」に

  に質量m(粒⼦性)と波動関数ψ（波動性） を取り込んだ。
• *波動関数︓

  系の空間的な位置（例︓原⼦の中の電⼦)に関する関数
• Heisenberg

  不確定性原理 (1927)
• 不確定性原理 (1927)は

  →電⼦の位置や軌跡を正確に知ることは不可能
• 電子密度（電子雲）

  電子が原子のある特定の領域に見出される確率
• 原子軌道

  原子における電子の波動関数
• シュレーディンガー方程式の解が示すこと

  EΨ
• Ｅ

  電子が占有できるエネルギー状態
• Ψ

  波動関数、系の空間的な位置に依存する関数
• 一組の量子数によって特徴づけられる例

  ・主量子数(n) ・方位量子数(ℓ) ・磁気量子数(m) ・スピン磁気量子数
• 空間のある領域に電子を発見する確率は

  波動関数の二乗に比例する

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