1. 序章 1 |
1・1 物理化学の本質 1 |
1・2 単位 2 |
力 2 |
圧力 2 |
エネルギー 3 |
1・3 原子力,分子量,およびモル 3 |
参考文献 4 |
2. 気体の性質 6 |
2・1 基本定義 6 |
2・2 温度の操作上の定義 6 |
2・3 理想気体 7 |
ボイルの法則 7 |
シャルルの法則 |
(ゲイリュサックの法則) 7 |
アボガドロの法則 8 |
理想気体の式 8 |
ドルトンの分圧の法則 9 |
2・4 実在気体 10 |
ファンデルワールスの式 10 |
状態方程式のビリアル展開 11 |
2・5 気体の凝縮と臨界状態 12 |
2・6 気体分子運動論 13 |
気体のモデル 14 |
気体の圧力 14 |
運動エネルギーと温度 15 |
2・7 マクスウェル分布則 16 |
2・8 分子間衝突と平均自由行程 17 |
2・9 拡散と噴散のグレアムの法則 19 |
参考文献 19 |
問題 20 |
3. 熱力学第一法則 26 |
3・1 仕事と熱 26 |
仕事 26 |
熱 29 |
3・2 熱力学第一法則 29 |
エンタルビー 30 |
ΔUとΔHの比較 31 |
3・3 熱容量 31 |
定容熱容量と定圧熱容量 32 |
熱容量に関する分子的な解釈 33 |
CvとCpの比較 34 |
熱容量と低体温 34 |
3・4 気体の膨張 35 |
等温膨張 35 |
断熱膨張 35 |
3・5 カロリメトリー 37 |
定容熱量計 37 |
定圧熱量計 38 |
示差走査熱量測定法 39 |
3・6 熱化学 40 |
標準生成エンタルピー 40 |
反応エンタルピーの温度依存症 42 |
3・7 結合エネルギーと結合エンタルピー 43 |
結合エンタルピーと結合解離エンタルピー 44 |
参考文献 45 |
問題 46 |
4. 熱力学第二法則 52 |
4・1 自発過程 52 |
4・2 エントロピー 53 |
エントロピーの統計学的な定義 53 |
エントロピーの熱力学的な定義 55 |
カルノーサイクルと熱効率 56 |
4・3 熱力学第二法則 56 |
4・4 エントロピー変化 58 |
理想気体の混合によるエントロピー変化 58 |
相転移によるエントロピー変化 58 |
熱によるエントロピー変化 58 |
4・5 熱力学第三法則 60 |
絶対エントロピー(第三法則エントロピー) 61 |
化学反応におけるエントロピー 61 |
エントロピーの意味 62 |
4・6 ギブスエネルギー 63 |
ギブスエネルギーの意味 65 |
4・7 標準モル生成ギブズエネルギー(Δ₁G゜) 66 |
4・8 ギブズエネルギーの温度および圧力依存性 67 |
Gの温度依存性 67 |
Gの圧力依存性 67 |
4・9 相平衡 68 |
クラペイロンの式とクラウジウス・クラペイロンの式 69 |
相図 70 |
相律 72 |
4・10 ゴムの弾性に関する熱力学 72 |
参考文献 73 |
問題 75 |
5. 溶液 80 |
5・1 濃度の単位 80 |
5・2 部分モル量 81 |
部分モル体積 81 |
化学ポテンシャル(部分モルギブズエネルギー) 81 |
化学ポテンシャルの意味 82 |
5・3 混合の熱力学 82 |
5・4 揮発性液体の二成分混合物 84 |
ラウールの法則 84 |
ヘンリーの法則 85 |
5・5 実在溶液 86 |
溶媒成分 87 |
溶質成分 87 |
5・6 束一的性質 88 |
蒸気圧降下 88 |
沸点上昇 89 |
凝固点降下 90 |
浸透圧 91 |
5・7 電解質溶液 94 |
電解質溶解過程の分子像 94 |
溶液中のイオンの熱力学 96 |
溶液中のイオン生成のエンタルピー,エントロピー,ギブズエネルギー 97 |
5・8 イオン活量 98 |
電解質におけるデバイ・ヒュッケルの理論 100 |
塩溶効果と塩折効果 101 |
5・9 電解質溶液の束一的性質 103 |
ドナン効果 104 |
5・10 生体膜 106 |
膜輸送 107 |
補遺5-1 静電気学についての注解 110 |
比誘電率(Er)と静電容量(C) 110 |
膜容量 111 |
参考文献 111 |
問題 113 |
6. 化学平衡 118 |
6・1 気体系の化学平衡 118 |
理想気体 118 |
式(6・7)に関するより詳しい考察 120 |
ΔrG0とΔrGの比較 121 |
実在気体 122 |
6・2 溶液中の反応 123 |
6・3 不均一系平衡 123 |
6・4 平衡定数に対する温度,圧力,および触媒の影響 124 |
温度の影響 125 |
圧力の影響 126 |
触媒の影響 126 |
6・5 配粒子と金属イオンの巨大分子への結合 127 |
一つの巨大分子あたり一つの結合部位 127 |
一つの巨大分子あたりのn個の等価な結合部位 128 |
結合の平衡の実験的研究 130 |
6・6 生体エネルギー論 132 |
生化学における標準状態 132 |
ATP-生体エネルギーの通貨 133 |
共役反応の原理 134 |
解糖 134 |
生物学における熱力学の限界 138 |
参考文献 138 |
問題 140 |
7.電気化学 144 |
7・1 化学電池 144 |
7・2 単極電位 145 |
7・3 化学電池の熱力学 146 |
ネルンスト式 148 |
起電力の温度依存性 148 |
7・4 化学電池の種類 149 |
濃淡電池 149 |
燃料電池 149 |
7・5 起電力測定の応用 150 |
活量係数の決定 150 |
pHの決定 150 |
7・6 生体酸化 151 |
酸化的リン酸化の化学浸透圧説 153 |
7・7 膜電位 155 |
ゴールドマンの式 156 |
活動電位 156 |
参考文献 158 |
問題 159 |
8.酸と塩基 163 |
8・1 酸と塩基の定義 163 |
8・2 水における酸と塩基の性質 164 |
PH-酸性度の単位 164 |
8・3 酸と塩基の解離 165 |
酸とその共役塩基の解離定数の相関 166 |
塩の加水分解 167 |
8・4 二塩基酸および多塩基酸 168 |
8・5 緩衝溶液 169 |
イオン強度と温度の緩衝溶液への影響 171 |
特定のpHでの緩衝溶液の調製 172 |
緩衝能 172 |
8・6 酸塩基滴定 173 |
酸塩基指示薬 173 |
8・7 アミノ酸 174 |
アミノ酸の解離 174 |
等電点(pI) 174 |
タンパク質の滴定 176 |
8・8 血液のpHの維持 176 |
補遺8・1 酸塩基平衡のより正確な扱い 179 |
弱酸の解離 179 |
弱酸とその塩 179 |
弱い一塩基酸の強塩基による滴定 180 |
弱い二塩基酸の強塩基による滴定 180 |
参考文献 182 |
問題 183 |
9.化学反応速度論 187 |
9・1 反応速度 187 |
9・2 反応次数 188 |
零次反応 188 |
一次反応 188 |
二次反応 190 |
反応次数の決定 193 |
9・3 反応分子数 194 |
単分子反応 194 |
二分子反応 195 |
三分子反応 195 |
9・4 より複雑な反応 196 |
可逆反応 196 |
遂次反応 196 |
導鎖反応 197 |
9・5 反応速度に対する温度の影響 198 |
アレニウス式 199 |
9・6 ポテンシャルエネルギー面 199 |
9・7 反応速度論 200 |
衝突理論 200 |
遷移状態理論 201 |
遷移状態理論の熱力学的記述 202 |
9・8化学反応における同位体効果 204 |
9・9 溶液中での反応 205 |
9・10 溶液中での高速反応 206 |
流通法 207 |
化学緩和法 207 |
9・11 振動反応 209 |
参考文献 210 |
問題 211 |
10.酵素反応速度論 217 |
10・1 触媒作用の一般原理 217 |
酵素触媒 217 |
10・2 酵素反応速度論の式 219 |
ミカエリス・メンテン速度論 219 |
定常状態速度論 220 |
KMとVMAXの重要性 221 |
10・3 キモトリプシン:ケーススタディー 222 |
10・4 多基質系 224 |
遂次機構 225 |
非遂次,または"ピンポン"機構 225 |
10・5 酵素阻害 225 |
可逆阻害 225 |
不可逆阻害 229 |
10・6 アロステリック相互作用 229 |
ミオグロビンや |
ヘモグロビンへの酸素結合 229 |
ヒルの式 231 |
協奏モデル 232 |
遂次モデル 233 |
酸素結合によって誘発されるヘモグロビンのコンホメーション変化 234 |
10・7 酵素反応速度論におけるPHの影響 234 |
参考文献 236 |
問題 238 |
11.量子力学と原子の構造 241 |
11・1 波としての光の理論 241 |
11・2 ブランクの量子仮説 242 |
11・3 光電効果 243 |
11・4 ボーアの水素原子の発光スペクトルの理論 244 |
11・5 ド・ブロイの仮説 245 |
11・6 ハイゼンベルクの不確定性原理 248 |
11・7 シュレーディンガー波動方程式 249 |
11・8 一次元の箱の中の粒子 250 |
ポリエンの電子スペクトル 253 |
11・9 量子力学的トンネル効果 253 |
11・10 水素原子の |
シュレーディンガー方程式 255 |
原子軌道 256 |
11・11 多電子原子と周期表 258 |
電子配置 259 |
周期的性質の変化 262 |
参考文献 263 |
問題 265 |
12.化学結合 269 |
12・1 ルイス構造 269 |
12・2 原子価結合法 270 |
12・3 原子軌道の混成 271 |
メタン(CH4) 271 |
エチレン(C2H4) 273 |
アセチレン(C2H2) 273 |
12・4 電気陰性度と双極子モーメント 274 |
電気陰性度 274 |
双極子モーメント 274 |
12・5 分子軌道理論 276 |
12・6 二原子分子 277 |
第2周期元素から成る等核二原子分子 277 |
第1,第2周期元素 |
から成る異核二原子分子 279 |
12・7 共鳴と電子非局在化 280 |
ペプチド結合 281 |
12・8 配位化合物 282 |
結晶場理論 283 |
分子軌道理論 286 |
原子価結合(VB)理論 286 |
12・9 生物学的な系での金属錯体 287 |
鉄 287 |
銅 289 |
マンガン,コバルト,ニッケル 289 |
亜鉛 290 |
毒性の重金属 291 |
参考文献 292 |
問題 293 |
13.分子間力 296 |
13・1 分子間相互作用 296 |
13・2 イオン結合 296 |
13・3 分子間力の様式 298 |
双極子-双極子相互作用 298 |
イオン-双極子相互作用 298 |
イオン-誘起双極および双極子-誘起双極子相互作用 299 |
分散相互作用,あるいはロンドン相互作用 300 |
反発および全相互作用 301 |
鎌状赤血球貧血における分散力の役割 302 |
13・4 水素結合 302 |
13・5 水の構造と性質 304 |
氷の構造 305 |
水の構造 305 |
水のいくつかの物理化学的性質 306 |
13・6 疎水性相互作用 307 |
参考文献 308 |
問題 309 |
14.分光学 311 |
14・1 用語 311 |
吸収および発光(放出) 311 |
単位系 311 |
スペクトル領域 311 |
線幅 311 |
分解能 313 |
強度 313 |
選択律 314 |
信号対雑音比 315 |
ランベルト・ベールの法則 315 |
14・2 マイクロ波分光法 316 |
14・3 赤外(IR)分光法 318 |
振動・回転の同時遷移 321 |
14・4 電子分光学 322 |
有機分子 323 |
遷移金属錯体 324 |
電荷移動相互作用下にある分子 324 |
ランベルト・ペールの法則の応用 325 |
14・5 核磁気共鳴(NMR)分光学 325 |
ボルツマン分布 327 |
化学シフト 327 |
スピン-スピン結合 328 |
NMRと反応過程 329 |
1H以外の核のNMR 330 |
フーリエ変換NMR 331 |
磁気共鳴画像(MRI) 333 |
14・6 電子スピン共鳴分光法 333 |
14・7 蛍光とりん光 335 |
蛍光 335 |
りん光 336 |
14・8 レーザー 336 |
レーザー光の特性と応用 338 |
14・9 旋光分散と円(偏光)二色性 339 |
分子対称と光学活性 339 |
偏光と旋光性 339 |
旋光分散(ORD)と円二色性(CD) 341 |
参考文献 342 |
問題 345 |
15.光化学と光生物学 350 |
15・1 はじめに 350 |
熱反応と光化学反応 350 |
一次過程と二次過程 350 |
量子収率 350 |
光強度の測定 351 |
作用スペクトル 352 |
15・2 光合成 352 |
葉緑体 353 |
葉緑体と他の色素分子 353 |
反応中心 353 |
光化学系Iおよび光化学系II 355 |
暗反応 357 |
15・3 視覚 358 |
ロドブシンの構造 358 |
視覚の機構 358 |
C=C結合周りの内部回転 359 |
15・4 放射の生物的影響 360 |
太陽光と皮膚がん 360 |
光医学 361 |
参考文献 362 |
問題 364 |
16.巨大分子 366 |
16・1 巨大分子の大きさ,形状,モル質量を調べる方法 366 |
巨大分子のモル質量 366 |
超遠心機を用いた沈降法 366 |
粘度(粘性率 ) 370 |
電気泳動 371 |
16・2 合成高分子の構造 374 |
立体配置と立体配座 374 |
ランダム歩行モデル 374 |
16・3 タンパク質とDNAの構造 376 |
タンパク質 376 |
DNA 379 |
16・4 タンパク質の安定性 380 |
疎水性相互作用 380 |
変性 381 |
タンパク質の折りたたみ 384 |
参考文献 386 |
問題 388 |
付録 1 数学の概論 391 |
付録 2 熱力学データ 396 |
用語解説 398 |
問題の解答-偶数番号の計算問題 409 |
和文牽引 412 |
欧文牽引 428 |