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<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はたらく.
ガラス棒: プラスに帯電
ストロー(ポリプロピレン): マイナスに帯電
プラス
マイナス
1
水の場合
ガラス棒
+
反発力
引力
相互作用なし
2
水の場合
ストロー
-
反発力
引力
相互作用なし
3
+
H
―
+
O
H
+
水分子には極性がある.
4
H +
―
―
O
H +
水分子には極性がある.
5
+
+
―
+
6
様々な物質と静電気
マイナスに帯電した塩ビパイプを近づけるとど
うなるか?
•
•
•
•
金属(アルミの空き缶)
ティッシュ
ビニール紐
湯のみ
7
金属に電荷を近づけると...
+
+
+
+
+
+
+
自由電子
―
塩
ビ
パ
イ
プ
+
+
+
+
原子(陽イオン)
電子
8
様々な物質と静電気
マイナスに帯電した塩ビパイプを近づけるとど
うなるか?
•
•
•
•
金属(アルミの空き缶)
ティッシュ
ビニール紐
湯のみ
引力
9
様々な物質と静電気
マイナスに帯電した塩ビパイプを近づけると
どうなるか?
•
•
•
•
金属(アルミの空き缶)
ティッシュ
ビニール紐
湯のみ
引力
引力
引力
引力
静電気による引力は,集塵機やコピー機などで
利用されている
10
―
+
―
原子核
電子
11
―
―
電子
+
原子核
12
なぜいつも引力なのか?
• 全ての物質は,原子から出来ている.
• 全ての原子は,原子核(+)と電子(-)から出来ている.
• 電子(場合によっては原子)は,物質中である程度動ける.
―
原子核
H +
電子
+
O
―
H +
―
13
自然科学の楽しさ
仮説(予想)→実験→仮説(予想) →実験....
• 予想があたると,嬉しい.
• 予想がはずれると,もっと嬉しい(大発見かも).
• 仮説をたてる(=現象のしくみをイメージする)
のが楽しい.
14
ヘキサン
ヘキサンは無極性分子
15
ヘキサンの
場合
ストロー
-
反発力?
引力?
相互作用なし?
16
第1章 原子・分子の世界
17
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
18
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.
19
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.
20
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!
21
22
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!
23
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
P7
図1-7
大
24
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
古典力学で近似不可能
→ 量子力学計算必要
微視的(ミクロ)
P8
図1-8
25
原子・分子間に力が
はたらくのはなぜか?
26
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
27
<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.
F  k
q1 q 2
r
2
p9
式(1.9)
28
イオン性結晶
+
_
+
_
_
+
_
+
+
_
+
_
P10
図1-9
29
原子が結合して共有結合を
作ろうとするのはなぜか?
30
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
P10
図1-10,11
31
共有結合時の電子雲
P11
図1-12
32
金属結合
+
+
+
+
+
+
自由電子
+
+
+
+
原子(陽イオン)
P11
図1-13
33
極性分子
+
H
―
O
H
+
34
双極子モーメント
p = qR
P12
図1-14
35
双極子-双極子相互作用
-
-
+
+
イオン-双極子相互作用
-
36
イオンの水和
+
―
―
+ ― + ―
+ ― + ―
―
+ ―
+ ―
+ ― + ―
+
P13
図1-16
+ ―
+ ―
+
37
無極性分子にはたらく力も
静電気力で説明できるか?
38
+
+
―
原子核
電子
39
+
―
+
原子核
電子
40
誘起双極子
+
―
+
・
原子核
電子雲
正電荷
P13
図1-18
41
誘起双極子
+
―
永久双極子
+
―
・
原子核
電子雲
+
P14
図1-20
42
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!
43
「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.
44
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?)
45
46
ー
氷(Ih)の結晶構造
水素結合
+
ー
P16
図1-23
47
水と油が分離するのはなぜか?
48
水と油(例えばヘキサン)分子の間に
はたらく力は引力か反発力か?
49
誘起双極子
+
―
永久双極子
+
―
・
原子核
電子雲
+
P14
図1-20
50
水分子とヘキサン分子は引き合う!
水とヘキサンが分離するのはなぜ?
51
水と油が分離する理由
水素結合
―
+
―
52

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