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光・放射線化学
FUT
原 道寛
名列番号 ＿＿＿
氏名＿＿＿＿＿＿
問題
• 赤いリンゴは,なぜ赤く見えるでしょう。(1文字
0.01 pt）
10
50
100
問題 番
• 次の分子構造など
をかけ。(10 pt)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
メタノール
エチレン
ベンゼン
アセトン
カルボニル基
（左以外は「R」を用いよ。）
ナフタレン
Mのラジカルカチオン
Mのラジカルアニオン
1 molとは何個 少数点以下
2桁まで記入せよ。
77 k は何℃
号
答え
１ CH3OH
A
2 CH2=CH2
B
3 C6H6
C
4 (CH3)2C=O
D
5 R2C=O
E
6 C10H8
F
7 M・+
G
8 M・－
H
9 6.02 x 1023 I 個
J
10 273.15ー77＝－196.15
K
問題
• 1s軌道と2p軌道を図示しなさい。（2 pt）
ここに記入
ここに記入
問題
• 「太陽光」・「基底状態」・「電子的励起状態」を
使って文章作成せよ。（1文字0.05 pt）
10
50
100
問題
基底状態のベンゼン分子が1 molあり、励起状
態に16個存在させるには、何K 必要か？
– ベンゼンの励起エネルギー：ー460 kJmol-1
– R：8.31とする。
A
A. 1065K
問題
• 「光化学過程」と「光物理過程」の差を述べよ。
（1文字0.05 pt）
10
50
100
問題
• 「基底状態の化学」と「励起状態の化学」の差
を述べよ。（1文字0.05 pt）
10
50
100
光化学I
序章
• “光化学”を学ぶにあたって
1章
• 光とは何か
2章
• 分子の電子状態
3章
• 電子励起状態
4章
• 分子と光の相互作用
5章
• 光化学における時間スケール
6章
• 分子に光をあてると何が起こるか
7章
• 光化学の観測と解析
8章
• どのように光を当てるか
9章
• 光化学の素過程
10章
• 光化学反応の特徴
序“光化学”を学ぶにあたって
光化学の説明で一番的確なのは？
• 光と放射線の関わりすべてを対象
33%
• 光と化学物質の関わりすべてを対象
33%
• 光のすべてに関わるすべてを対象
33%
序“光化学”を学ぶにあたって
光化学とは？
Ａ
• 光と化学物質の関わりすべてを対象
ここでは・・・
• 光と分子の関わりに関する原理・法則
神秘的な世界へ
• 光が生体や物体や物質と作用すると・・・
Ｂ
• ここでは、神秘的な世界を分子レベルで解明する。
光合成という言葉に対して。
• クロロフィルとたんぱく質の複合体が関
25%
与している
25%
• クロロフィルの集合体が関与している
25%
• クロロフィル2量体が関与している
• 上記すべて関与している25%
1
2
3
4
5
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7
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99
100
10
序“光化学”を学ぶにあたって
たとえば・・・光合成という生物現象(10章）
• ＝農耕→古代、太陽信仰
Ａ
光合成＝光と相互作用する分子
クロロフィルの集合体
光吸収
Ｂ
クロロフィルとたんぱく質の複合体
Ｃ
エネルギー移動
反応中間体：クロロフィル二量体Chl2
Ｄ
励起状態分子生成
クロロフィルの励起状態
光と物質の相互作用・励起状態とは？1－3章
光合成の中で起こる過程は？
1. Primary process
20%
2. Secondary process
20%
3. Dark reaction process
20%
4. 1-3 all
20%
5. 1-3 non
20%
序“光化学”を学ぶにあたって
励起状態Chl2
Ｃ
クロロフィル単量体・フェオフィ
ティン
キノン(プラストキノン・ユビキノ
ンなど）
電子移動
酸化
還元
Chl2のラジカルカチオン
キノンのラジカルアニオン
Ａ
Ｂ
Ｄ
光吸収とは
1. すべて当たったとこで起こる
25%
2. 特定の部位で起こる
25%
3. 特定の時間で起こる
25%
4. 発光するものだけ起こる
25%
序“光化学”を学ぶにあたって
光吸収とは？（4章）
分子の中の特定の原子団が
Ａ
アンテナ＝発色団(chromophore)
Ｂ
特定の波長の光を捕集
Ｃ
光のエネルギーを獲得
180 nm付近の遷移は
下記の中のどれ？
1. ππ＊
33%
2. nπ*
33%
3. σσ*
33%
序“光化学”を学ぶにあたって
発色団(chromophore）とは。
Ａ
Ｂ
Ｃ
次の文章のうちで正しいのはどれ？
1. 発色団の軌道運動をしている電子に特
33%
定の光の磁場変動が加わると励起状
態になる
33%
2. 発色団の軌道運動をしている電子に特
33%
定の光の電場変動が加わると励起状
態になる
3. 発色団の軌道運動をしている電子に特
定の光の電場変動が加わると基底状
態になる
序“光化学”を学ぶにあたって
Ａ
発色団の軌道運動をしている電子 ＋ 特定に光の電場変動
Ｂ
→ エネルギーの高い軌道運動
Ｃ
Ｄ
Ｅ
Ｆ
励起状態からおこる現象は？
1. 項間交差
25%
2. 蛍光過程
25%
3. りん光過程
25%
4. すべて起こる
25%
序“光化学”を学ぶにあたって
励起分子の化学＝どのように反応するか？などのストーリーを描く。
光吸収によって起こる現象
Ｂ
Ａ
励起分子は加熱するだけでは生成するか？ベンゼンの励起状態の
エネルギー 460 kJ mol-1 気体定数 8.31 JK-1mol-1温度 27℃
1. 4ｘ10-84
33%
2. 4ｘ10-54
33%
3. 4ｘ10-24
33%
序“光化学”を学ぶにあたって
励起分子は加熱するだけでは生成するか？個数を計算しよう。
エネルギー状態とBoltzmann統計より
ベンゼンの励起状態のエネルギー 460 kJ mol-1
気体定数 8.31 JK-1mol-1
温度 27℃
黒板
黒板
ほとんどの分子は？
1. 励起状態
50%
2. 基底状態
50%
序“光化学”を学ぶにあたって
この意味することは・・・・
Ａ
• ほとんどが基底状態
熱で発生させるためには・・・・
• 数千度から一万度以上
光吸収して励起状態に励起された
分子は
Ｂ
• 速やかに元の基底状態に戻ろうとする。
スピンの状態が揃っているのは？
どの状態か？
1. 基底状態
33%
2. 励起一重項状態
33%
3. 励起三重項状態
33%
序“光化学”を学ぶにあたって
１
Ａ
• 基底状態
ground state S0
２
Ｂ
• 最低励起一重項状態
singlet grand state S1
Ｃ
↑↓
３
Ｄ
• 最低三重項状態
• The lowest Triplet state T1
Ｅ
↑↑
スピン多重度
の表現
励起状態からおこる過程で正しいの
は？
1. 光化学過程
25%
2. 光物理過程
25%
3. 両方
25%
4. 両方とも違う
25%
序“光化学”を学ぶにあたって
Ｂ
光物理過程
光物理
励起
状態
Ａ
光化学過程
• Photochemical
process
化学過
Photophysical
程
process
Ｃ
放射過程
radiative process
• 蛍光 Fluorescence S1→S0
• りん光 PhosphorescenceT1→S0
Ｄ
無放射過程
nonradiatinve process
• 項間交差 intersystem crossing
• 内部変換 internal conversation
光化学過程で対象となる活性種
1. ラジカル
20%
2. ラジカルカチオン
20%
3. ラジカルアニオン
20%
4. 1-3すべて。
20%
5. 1-3ではない。
20%
序“光化学”を学ぶにあたって
Ａ
光化学
光化学過程
過程
• Photochemical
process
励起
状態
Ｂ
反応活性種後生成物を生成
• ラジカルカチオン
• ラジカルアニオン
• ラジカル
直接生成物を生成
光物理過程
Photophysical
process
基底状態と励起状態との差は？
1. ほとんど同じ性質である
33%
2. 電子状態が違った分子である
33%
3. エネルギー状態が違った分子である
33%
序“光化学”を学ぶにあたって
励起分子の性質（S1 ≠ T1） ≠ 基底状態分子の性質
Ａ
→ 電子状態の違った分子である。
光吸収：S0 ＋ 光 (試薬) → S1 （生成物）
項間交差：S1 → T1 (異性化)
蛍光：S1 → S0 ＋ 光 (生成物)
りん光：T1 → S0 ＋ 光 (生成物)
生成物
化学発光(ほたる）・蛍光塗料・ELなど
熱化学は光化学より有利な点は？
1. 定性的な把握
33%
2. 定量的な把握
33%
3. 大量に反応させられる
33%
序“光化学”を学ぶにあたって
光化学は基底状態の化学(暗反応)と比べて・・・
Ａ
●定量的な把握が可能
１．分子が吸収した光の数がわかる （量子収率）
２．励起状態が一定の寿命がある
３．エネルギーがある
Ｂ
Ｃ
Ｄ