3日目内容 • • • • 冊子販売（まだの人のみ） HP更新状況の説明 質問への回答 講義 1章の後半，2章 • 班の編成（4～6名） • 課題３（1章後半と2章への質問・感想） 1 ＜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 p9 式（１．９） 2 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 • 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１－８ 3 + － + + + + - - - - - + + + + + - - - - - + － + 電子レンジ 2.45 GHz 4 ＋ ＋ ― ＋ 5 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！ （実際には量子力学が正しいので運命は決まっていない） 6 量子力学 ＋ 原子核 ― 電子 7 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） 古典力学で近似可能 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 素粒子の運動 古典力学で近似不可能 → 量子力学計算必要 微視的（ミクロ） 注： 量子力学はいつも正しい． 分子シミュレーション P8 図１－８ 8 9 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. 10 原子・分子間にはたらく力には どのようなものがあるか？ 原子・分子間に力が はたらくのはなぜか？ 11 イオン性結晶 + _ + _ _ + _ + + _ + _ P10 図１－9 12 原子が結合して共有結合を 作ろうとするのはなぜか？ 13 オクテット則 O H H オクテット則は量子力学によって証明される． 14 量子力学 ＋ 原子核 ― 電子 15 結合状態の水素分子 解離状態の水素分子 P10 図１－１０，１１ 16 金属結合の原因は？ + + + + + + 自由電子 + + + + 原子（陽イオン） P11 図１－１３ 17 定着度チェック 1. 水流にマイナスの電荷を近づけるとどうなるか？ 2. 水流にプラスの電荷を近づけるとどうなるか？ 3. ヘキサンの流れにマイナスの電荷を近づけるとど うなるか？ 18 ＋ H ２― ＋ O H ＋ 19 H ＋ ― ２― O H ＋ 20 ― ＋ ― 電子 原子核 21 ― ― 電子 ＋ 原子核 22 双極子モーメント p = qR P12 図１－１４ 23 双極子－双極子相互作用 - - + + イオン－双極子相互作用 － 24 イオンの水和 ＋ ― ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ ― ＋ P13 図１－１６ ＋ ― ＋ ― ＋ 25 無極性分子にはたらく力の原因は？ 無極性分子とイオン 無極性分子と極性分子 無極性分子どうし 26 ＋ ＋ ― 原子核 電子 27 ＋ ― ＋ 原子核 電子 28 誘起双極子 ＋ ― ＋ ・ 原子核 電子雲 正電荷 P13 図１－１８ 29 誘起双極子 ＋ ― 永久双極子 ＋ ― ・ 原子核 電子雲 ＋ P14 図１－２０ 30 無極性分子どうしの間に力が はたらくか？ 1. 力がはたらく． 2. 力ははたらかない． それぞれの理由は？ 31 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） P15 図１－２1 ファンデルワールス力の原因は 重力（万有引力）ではない！ 32 同系列の分子では，一般に分子量が大きいほど 分子間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 分子間力は大きくなるのはなぜか？） 注： 分子間力が大きいと沸点は高くなる． 33 同系列の分子では，一般に分子量が大きいほど 分子間力は大きくなるのはなぜか？ 34 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１－８ 35 「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」のすばらしさ． 36 ー 氷(Ih)の結晶構造 水素結合 ＋ ー P16 図１－２３ 37 水と油が分離する理由 水素結合 ― ＋ ― 38 ー 氷(Ih)の結晶構造 水素結合 ＋ ー P16 図１－２３ 39 メタンハイドレート 疎水性水和 P17 図１－２５ 40 DNA アデニン(A) － チミン(T) グアニン(G) － シトシン(C) 41 薬が効くしくみ 42 安息香酸はトルエン中で二量体を 形成するが水中では形成しない． これはなぜか？ 43 安息香酸二量体 44 45 第２章 エネルギー この章は完全に物理ですが 化学の理解に必要です！ 46 Dr P28 図２－１ F 仕事の定義 エネルギーの定義 W FDr E W ※ 手で荷物をもっているときは熱エネルギーが発生している． 47 ・運動エネルギー 1 2 E K mv 2 ・ポテンシャルエネルギー （＝位置エネルギー） P30 図２－２ 山を越えていくボールの運動 運動エネルギー ＋ ポテンシャルエネルギー ＝力学的エネルギー 48 ポテンシャルエネルギーは空間に 蓄えられている P30 図２－３ 相互作用 物体間の万有引力による重力ポテンシャルエネルギーは片方の物体が 49 もっていると考えるのは不自然．（同程度の大きさの物体を考えよ） 磁力のポテンシャルエネルギーは目に見 えないバネに蓄えられている． 50 ・運動エネルギー 1 2 E K mv 2 ・ポテンシャルエネルギー （＝位置エネルギー） P30 図２－２ 山を越えていくボールの運動 運動エネルギー ＋ ポテンシャルエネルギー ＝力学的エネルギー 51 エネルギー保存の法則 エネルギーは様々な形態を取るが， その総量は常に一定である． • • • • • • • • • 運動エネルギー 重力のポテンシャルエネルギー 静電気力のポテンシャルエネルギー 磁力のポテンシャルエネルギー バネの弾性エネルギー 熱エネルギー 光エネルギー 電気エネルギー 化学エネルギー etc. 52 手回し発電機を使った実験 手回し発電機に豆電球を接続した場合と何も 接続しない場合で，手回し発電機を回転させる のに必要な力はどちらが大きくなるか？ 1. 豆電球を接続した場合の方が大きい． 2. 何も接続しない場合の方が大きい． 3. どちらも変わらない． ヒント： エネルギー保存則を使って考えてみよう！ 53
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