序章 (Prologue) 原子・分子の性質 ―― 何だろう・何故だろう
答えられますか?こんな疑問
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水素原子
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水素原子は正電荷をもった陽子と負電荷をもった電子が静電気的な力によって結びついています。
ところで,陽子も電子も質量をもちます。水素原子における電子の振る舞いを論ずるときに,
陽子と電子の間に働く万有引力は考慮しなくてよいのでしょうか。
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水素原子内の電子は陽子の回りを回転いているとすると,電磁誘導によって水素原子は電磁波を
放出するはずです。そうしたら電子はエネルギーを失って陽子に向かって限りなく落ちて行くことに
なりますが,そうならないのは何故でしょうか。
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水素原子内を電子が運動するとき,陽子は動かないのでしょうか。
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水素原子の 1s,2s,2pといった記号の物理的意味は何ですか。
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水素原子において 1p,2d,3f といった状態はなぜないのでしょうか。
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一般の原子
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原子内の電子は太陽系の惑星が太陽の回りを回るように原子核の回りの一定の軌道上を回っているのでしょうか。
また,「原子軌道」とはそのような軌道のことでしょうか。
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化学における現象を考えるとき,通常,原子内の電子にのみ着目して原子核については考えません。
原子を考えるとき原子核と電子を分離して考えてよいのでしょうか。また,「原子の状態」を
考えることと「原子内の電子の状態」を考えることとは同じことでしょうか。
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化学で「一般の原子における電子の全エネルギーは,原子を構成する個々の電子のエネルギーの和となる。」と
教わりました。
ところで,原子内の個々の電子は原子核と相互作用する他,電子間でも相互作用をします。
そして,電子間相互作用のエネルギーは一つ一つの電子のエネルギーとして切り離すことはできません。
つまり,原子内の電子は互いに独立ではないのです。
それでは,化学で勉強した「原子内の電子の全エネルギーが個々の電子のエネルギーの和として表される。」
というのは,どういうことなのでしょうか。
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電子のスピンというのは電子の自転によるものでしょうか。
原子内の電子の全スピンは個々の電子のスピンの和でしょうか。
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原子内の電子エネルギーを考えるとき,どんな相互作用を考慮すればよいのでしょうか。
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一般の原子における殻とは何ですか。また,電子配置とは何ですか。次の記号の意味は何ですか。
酸素原子の最外殻の電子配置
(2s)2(2px)2
(2py)(2pz)
窒素原子の最外殻の電子配置
(2s)2(2px)
(2py)(2pz)
炭素原子の最外殻の電子配置
(2s)(2px)(2py)(2pz)
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何故,電子には Pauli の排他原理のような性質があるのですか。どんな素粒子にも同じ性質があるのですか。
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分子
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できる限りエネルギーの低い状態を見出すことがどうして分子の基底状態を見出す近似法になるのですか。
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原子価結合法(Valence Bond)とは何ですか。分子軌道法(Molecular Orbital)とな何ですか。
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混成軌道とは何ですか。
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電子そして光
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電子は質量をもち電荷をもつ粒子である一方で電子ビームは干渉します。
また,光は電磁波という波動です。しかし,光電効果や Compton 効果という現象では光は粒子として
振る舞います。
古典物理学では,波動と粒子は相容れない概念です。
一つの実体が波動であると同時に粒子であるということを矛盾なく記述することは不可能です。
それでは,量子力学はそんなことが可能なのでしょうか。
課題
- 原子や分子に関する素朴な疑問あれば
こちら(E-Mail) までおよせ下さい。
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