Transcript 3日目

化学熱力学 3日目内容
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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章の残り，2章
• 班の編成（4～6名）
• 課題３（2章への質問・感想）
1
質問・要望への回答
• これからも実験をやりながら講義をしてほしい．
→ できるだけ努力しますが．．．
• パワーポイントも印刷してほしい．
→ ネタばれになるのでできない場合がある．HPにupするので
印刷可能．
• 高原の部屋はどこか？
→ 13号館3階．16号館1階（科学ﾎﾞﾗﾝﾃｨｱｾﾝﾀｰ）にいることも．
• 冊子に書かれている公式は覚える方がよいのですか？
→ 基本的に覚えなくてもよい．覚えるべき公式があれば，その
都度指示する．
• 【参考】の部分については必ずしも読まなくてよい．
※ 他の質問への回答はHPに掲載．
直接質問したい人は研究室へ
2
＜静電気の性質＞
① プラスとプラス，マイナスと
＋
＋
―
―
マイナスは反発しあう．
② プラスとマイナスは引き合う．
③ 近いほど大きな力がはたらく．
＋
―
＜磁石の性質＞
① ＮとＮ，ＳとＳは反発しあう．
② ＮとＳは引き合う．
③ 近いほど大きな力がはたらく．
3
化学結合の本質も静電気力
共有結合
金属結合
+
+
+
+
+
+
イオン結合
+
_
+
_
_
+
_
+
+
_
+
_
原子核
電子
電子
原子（陽イオン）
陰イオン
陽イオン
静電気力は原子・分子の間にはたらく力の主役！
4
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．
5
量子力学
＋
原子核
―
電子
6
ー
氷(Ih)の結晶構造
水素結合
＋
ー
P16
図１－２３
7
なぜ氷は水に浮くのか？
• その他のほとんどの固体は，その固体が溶
けてできた液体に沈む．
結晶（分子位置固定）
液体（分子位置可動）
8
安息香酸二量体
9
水と油が分離する理由
水素結合
―
＋
―
10
無極性分子間の
分子間力の正体は？
―
―
＋
＋
―
―
原子核
電子
11
無極性分子間の
分子間力の正体は？
―
―
＋
―
＋
―
12
分子間力の正体も静電気力！
―
―
＋
―
＋
―
13
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？
He→Ne→Ar→Kr の
場合は？
14
＜静電気の性質＞
① プラスとプラス，マイナスと
＋
＋
―
―
マイナスは反発しあう．
② プラスとマイナスは引き合う．
③ 近いほど大きな力がはたらく．
＋
―
＜磁石の性質＞
静電気は磁石と似
① ＮとＮ，ＳとＳは反発しあう． ていると思っていた
けど，何でも引きつ
② ＮとＳは引き合う．
けるのだから単純
③ 近いほど大きな力がはたらく． に磁石と一緒では
ないと思った．
15
磁石が磁化していない鉄をひきつける
のはなぜか？
S
N
鉄
N
S
鉄
16
磁石が磁化していない鉄をひきつける
のはなぜか？
磁石
S
鉄
N
分子磁石
S
N
17
磁石が磁化していない鉄をひきつける
のはなぜか？
磁石
N
鉄
S
分子磁石
N
S
18
ほとんどの物が磁石にくっつかないの
はなぜか？
鉄（磁性体）
非磁性体
分子磁石
≒電子のスピン（自転）による磁石
―
＋
＋
原子核
―
電子
原子核
―
電子
19
第1章 原子・分子の世界
20
もしも原子が見えたなら．．．
21
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.
22
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.
23
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．
未来の予測には物体間の力の情報が必要．
※ ミクロな世界の正確な理解には量子力学が必要．
24
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！
25
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． 26
・運動エネルギー
EK 
・ポテンシャルエネルギー
（＝位置エネルギー）
1
mv
2
2
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
27
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
28
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．
29
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.
30
熱エネルギーの正体は何か？
分子論的に答えよ．
31
熱エネルギーの正体は何か？
分子の運動
マクロな
物体の
運動
向きのそろっていない分子の運動
のエネルギーが熱エネルギー
P31
図２－４
32
もしも原子が見えたなら．．．
33
温度とは何か？
（分子論的に答よ）
P48
34
温度とは何か？（分子論的に答よ）


K, trans
K, trans

3
2

1
2

k BT
:
分子の運動エネルギー
（平均値）
K, trans
T: 絶対温度
mv
2
kB: ボルツマン定数
P48
35
問題１
25 ℃における窒素分子の
平均速度は？
1.
2.
3.
4.
5.
1 km／h 未満
4 km／h 程度 （人間の歩くスピード）
60 km／h 程度 （車のスピード）
300 km／h 程度 （新幹線のスピード）
1000 km／h 以上
36
25 ℃における窒素分子の
平均速度
v
3 k BT
 515 m s
-1
 1850 km h
-1
m
P52
37
水筒に水を入れて振ると
温度はどうなるか？
38
問題２
水筒に水を入れて3分間振ると
温度はどの程度上昇するか？
1.
2.
3.
4.
5.
0.1 ℃ 未満 （検出できない）
0.1 ℃ 程度
1 ℃ 程度
10 ℃ 程度
10 ℃ よりずっと大きい
39
水が滝つぼに落ちるときの
エネルギー変化は？
位置エネルギー
↓
運動エネルギ
↓
熱エネルギー
10 mの滝から落ちた
水の温度上昇は？
0.023 K
40
金属を何度も折り曲げると
折り曲げた部分の温度が上昇するが，
なぜそうなるのか？
金属に加えた仕事が熱エネルギーに変換された．
注： 曲げるときの抵抗力に逆らって金属を曲げ
たので，仕事をしている．
41