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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