0 はじめに 1 |
0・1 ものの状態 1 |
0・2 物理的状態 2 |
0・3 力 2 |
0・4 エネルギー 3 |
0・5 圧力 4 |
0・6 温度 6 |
0・7 物質量 7 |
0・8 示量性の性質と示強性の性質 8 |
チェックリスト 9 |
文章問題 9 |
演習問題 9 |
1. 気体の性質 11 |
状態方程式 11 |
1・1 完全気体の状態方程式 12 |
1・2 完全気体の法則の応用 14 |
1・3 混合気体:分圧 15 |
かこみ1・1 気体の法則と天候 16 |
気体運動論モデル 19 |
1・4 気体圧力の運動論モデルによる解釈 19 |
1・5 気体分子の平均の速さ 20 |
1・6 マクスウェルの速さの分布 20 |
1・7 拡散と流出 22 |
1・8 分子の衝突 23 |
実在気体 25 |
1・9 分子間相互作用 25 |
かこみ1・2 完全気体のボールのような太陽 26 |
1・10 臨界温度 26 |
1・11 圧縮因子 28 |
1・12 ビリアル状態方程式 28 |
1・13 ファンデルワールスの状態方程式 29 |
1・14 気体の液化 31 |
チェックリスト 31 |
補遺1・1 32 |
文章問題 33 |
演習問題 33 |
2. 熱力学第一法則 36 |
エネルギーの保存 37 |
2・1 系と外界 37 |
2・2 仕事と熱 38 |
2・3 仕事の測定 39 |
2・4 熱の測定 43 |
2・5 膨張時の熱流入 45 |
内部エネルギーとエンタルピー 46 |
2・6 内部エネルギー 46 |
2・7 エンタルピー 49 |
2・8 エンタルピーの温度変化 51 |
かこみ2・1 示差走査熱量測定 52 |
チェックリスト 53 |
文章問題 54 |
演習問題 54 |
3. 熱化学 57 |
物理変化 57 |
3・1 相転移のエンタルピー 58 |
3・2 原子や分子の変化 61 |
化学変化 65 |
3・3 燃焼エンタルピー 66 |
3・4 反応エンタルピーの組合わせ 66 |
かこみ3・1 燃料と食物,エネルギー貯蔵 67 |
3・5 標準生成エンタルピー 69 |
3・6 生成エンタルピーと分子モデリング 71 |
3・7 反応エンタルピーの温度変化 72 |
チェックリスト 73 |
文章問題 74 |
演習問題 74 |
4. 熱力学第二法則 77 |
エントロピー 78 |
4・1 自発変化の方向 78 |
4・2 エントロピーと第二法則 79 |
4・3 膨張に伴うエントロピー変化 80 |
かこみ4・1 熱エンジン,冷蔵庫,ヒートポンプ 81 |
4・4 加熱に伴うエントロピー 82 |
4・5 相転移に伴うエントロピー変化 84 |
4・6 外界のエントロピー変化 86 |
4・7 絶対エントロピーと熱力学第三法則 87 |
4・8 標準反応エントロピー 89 |
4・9 化学反応の自発性 90 |
ギブズエネルギー 90 |
4・10 系の性質のみによる表現 90 |
4・11 ギブズエネルギーの性質 91 |
チェックリスト 93 |
文章問題 93 |
演習問題 94 |
5. 純物質の相平衡 96 |
相転移の熱力学 96 |
5・1 安定性の条件 96 |
5・2 ギブズエネルギーの圧力強化 97 |
5・3 ギブズエネルギーの温度変化 99 |
相図 100 |
5・4 相境界 100 |
5・5 相境界の位置 102 |
5・6 物質に固有な点 105 |
かこみ5・1 超臨界流体 106 |
5・7 相律 107 |
5・8 代表的な物質の相図 108 |
5・9 液体の分子的な構造 110 |
チェックリスト 111 |
文章問題 112 |
演習問題 112 |
6. 混合物の性質 114 |
混合物の熱力学的記述 114 |
6・1 濃度の表示 114 |
6・2 部分モル量 116 |
6・3 自発的な混合 118 |
6・4 理想溶液 120 |
6・5 理想希薄溶液 122 |
かこみ6・1 気体の溶解度と呼吸 125 |
6・6 実在溶液:活量 126 |
束一的性質 126 |
6・7 沸点や凝固点の変化 127 |
6・8 浸透 128 |
混合物の相図 131 |
6・9 揮発性液体の混合物 131 |
6・10 液体-液体の相図 133 |
6・11 液体-固体の相図 136 |
かこみ6・2超高純度と不純物制御 137 |
チェックリスト 138 |
文章問題 138 |
演習問題 139 |
7. 化学平衡の原理 142 |
熱力学的な裏付け 142 |
7・1 反応ギブズエネルギー 143 |
7・2 Δrgの組成変化 144 |
7・3 平衡に到達した反応 145 |
7・4 標準反応ギブズエネルギー 147 |
7・5 平衡組成 149 |
7・6 濃度で表した平衡定数の式 151 |
7・7 共役反応 152 |
諸条件による平衡の移動 153 |
7・8 触媒の存在 153 |
7・9 温度の効果 154 |
7・10 圧縮の効果 155 |
かこみ7・1 ミオグロビンやヘモグロビンの酸素との結合 156 |
チェックリスト 158 |
文章問題 159 |
演習問題 159 |
8. 化学平衡の応用 162 |
プロトン移動平衡 162 |
8・1 ブレンステッド-ロウリーの理論 162 |
8・2 プロトン付加とプロトン脱離 163 |
8・3 多プロトン酸 167 |
8・4 両プロトン性を示す化学種 169 |
塩の水溶液 170 |
8・5 酸-塩基滴定 170 |
8・6 緩衝作用 173 |
かこみ8・1 血液における緩衝作用 174 |
8・7 指示薬 175 |
溶解度平衡 176 |
8・8 溶解度定数 177 |
8・9 共通イオン効果 178 |
チェックリスト 178 |
文章問題 178 |
演習問題 179 |
9.電気化学 181 |
溶液中のイオン 181 |
9・1 デバイ-ヒュッケルの理論 182 |
9・2 イオンの移動 184 |
かこみ9・1 イオンチャンネルとイオンポンプ 188 |
化学電池 189 |
9・3 半反応と電極 190 |
9・4 電極反応 192 |
9・5 種々の電池 194 |
9・6 電池反応 194 |
9・7 起電力 195 |
かこみ9・2 燃料電池 197 |
9・8 平衡状態の電池 198 |
9・9 標準電位 198 |
9・10 電位のpHによる変化 200 |
9・11 pHの決定 200 |
標準電位の応用 201 |
9・12 電気化学系列 201 |
9・13 電力学関数の決定 201 |
チェックリスト 203 |
文章問題 204 |
演習問題 204 |
10. 反応速度 207 |
経験的な反応速度論 208 |
10・1 光電分光法 208 |
10・2 光電分光法の応用 209 |
反応速度 210 |
10・3 反応速度の定義 210 |
10・4 速度式と速度定数 211 |
10・5 反応の次数 212 |
10・6 速度式の決定 212 |
10・7 積分形速度式 214 |
10・8 半減期と時定数 218 |
反応速度の温度依存性 219 |
10・9 アレニウスパラメーター 219 |
10・10 衝突理論 222 |
10・11 遷移状態の理論 224 |
かこみ10・1 フェムト化学 225 |
チェックリスト 227 |
文章問題 228 |
演習問題 228 |
11. 速度式の解釈 231 |
いろいろな反応様式 231 |
11・1 平衡への接近 231 |
11・2 緩和法 233 |
11・3 逐次反応 234 |
かこみ11・1 タンパク質のフォールディングとアンフォールディングの速度論 234 |
反応機構 236 |
11・4 素反応 236 |
11・5 速度式のつくり方 237 |
11・6 定常状態の近似 238 |
11・7 律速段階 239 |
11・8 速度論的支配 240 |
11・9 単分子反応 240 |
溶液内の反応 241 |
11・10 活性化律速と拡散律速 241 |
11・11 拡散 242 |
触媒反応 245 |
11・12 均一触媒 245 |
11・13 酵素 246 |
連鎖反応 248 |
11・14 連鎖反応の構造 248 |
11・15 連鎖反応の速度式 249 |
かこみ11・2爆発 450 |
チェックリスト 251 |
補遺11・1 252 |
文章問題 253 |
演習問題 253 |
12.量子論 256 |
古典物理学の破綻 256 |
12・1 黒体放射 257 |
12・2 熱容量 260 |
12・3 光電効果 262 |
12・4 電子回折 263 |
12・5 原子スペクトルと分子スペクトル 265 |
微視的な系の力学 265 |
12・6 シュレーディンガー方程式 266 |
12・7 ボルンの解釈 267 |
12・8 不確定性原理 268 |
量子力学の応用 269 |
12・9 並進運動:一次元の運動 269 |
12・10 回転運動:環の上の粒子 273 |
12・11 振動:調和振動子 275 |
チェックリスト 277 |
補遺12・1 278 |
文章問題 278 |
演習問題 279 |
13. 原子構造 281 |
水素型原子 281 |
13・1 水素型原子のスペクトル 282 |
13・2 水素型原子に許されるエネルギー 282 |
13・3 量子数 284 |
13・4 波動関数:sオービタル 286 |
13・5 いろいろな波動関数:p,dオービタル 290 |
13・6 電子スピン 291 |
13・7 スペクトル遷移と選択律 292 |
多電子原子の構造 293 |
13・8 オービタル近似 293 |
13・9 パウリの排他原理 294 |
13・10 浸透と遮蔽 294 |
13・11 構成原理 295 |
13・12 dオービタルの占領 296 |
13・13 カチオンとアニオンの電子配置 297 |
原子の性質の周期性 297 |
13・14 原子半径 297 |
13・15 イオン化エネルギーと電子親和力 298 |
複雑な原子のスペクトル 300 |
13・16 項の記号 300 |
13・17 スピン―軌道カップリング 301 |
かこみ13・1 星のスペクトル 302 |
13・18 選択律 303 |
チェックリスト 303 |
補遺13・1 304 |
文章問題 305 |
演習問題 305 |
14. 化学結合 307 |
いろいろな概念 308 |
14・1 結合の分類 308 |
14・2 ポテンシャルエネルギー曲線 308 |
原子価結合法 308 |
14・3 二原子分子 309 |
14・4 多原子分子 311 |
14・5 昇位と混成 311 |
14・6 共鳴 314 |
分子オービタル(分子軌道法) 315 |
14・7 原子オービタルの一次結合 315 |
14・8 結合性オービタルと反結合性オービタル 316 |
14・9 二原子分子の構造 318 |
14・10 水素分子とヘリウム分子 318 |
14・11 第2周期の二原子分子 319 |
14・12 対称性と重なり 321 |
14・13 等核二原子分子の電子構造 323 |
14・14 異核二原子分子 325 |
14・15 多原子分子の構造 327 |
計算化学 328 |
14・16 半経験的方法 329 |
14・17 アブイニシオ法と密度汎関数法 330 |
14・18 グラフ表示 330 |
14・19 計算化学の応用 331 |
チェックリスト 332 |
文章問題 333 |
演習問題 333 |
15. 金属,イオン性固体,共有結合固体 335 |
固体の結合力 335 |
15・1 固体のバンド理論 336 |
15・2 バンドの占有 337 |
15・3 接合の光学的性質 338 |
15・4 超伝導 339 |
15・5 イオン結合モデル 340 |
15・6 格子エンタルピー 340 |
15・7 格子エンタルピーの起源 342 |
15・8 共有結合のネットワーク 343 |
15・9 固体の磁性 344 |
かこみ15・1 ナノワイヤー 345 |
結晶構造 347 |
15・10 単位胞 347 |
15・11 結晶面の固定 349 |
15・12 構造の決定 350 |
15・13 ブラッグの法則 352 |
15・14 実験法 352 |
15・15 金属結晶 354 |
15・16 イオン結晶 356 |
チェックリスト 357 |
文章問題 358 |
演習問題 358 |
16. 固体表面 360 |
固体表面の成長と構造 360 |
16・1 表面の成長 360 |
16・2 表面の組成と構造 361 |
吸着の度合 366 |
16・3 物理吸着と化学吸着 366 |
16・4 吸着等温式 367 |
16・5 表面過程の速さ 371 |
表面における触媒作用 373 |
16・6 不均一触媒作用の機構 373 |
16・7 触媒作用の例 374 |
電極における諸過程 377 |
16・8 電極と溶液の界面 377 |
16・9 電荷移動の速さ 378 |
16・10 ボルタンメトリー 380 |
16・11 電気分解 382 |
チェックリスト 382 |
文章問題 383 |
演習問題 383 |
17. 分子間相互作用 386 |
ファンデルワールス相互作用 386 |
17・1 部分電荷の間の相互作用 387 |
17・2 電気双極子 387 |
17・3 双極子間の相互作用 390 |
17・4 誘起双極子 392 |
17・5 分散相互作用 393 |
全相互作用 393 |
17・6 水素結合 394 |
17・7 疎水効果 395 |
17・8 全相互作用のモデル化 395 |
かこみ17・1 分子認識 396 |
17・9 運動する分子 398 |
チェックリスト 399 |
文章問題 399 |
演習問題 400 |
18 高分子と分子集団 402 |
合成高分子と生体高分子 402 |
18・1 形と大きさの決定 402 |
18・2 構造のモデル:ランダムコイル 406 |
18・3 構造のモデル:ポリペプチドとポリヌクレオチド 407 |
18・4 高分子の機械的性質 411 |
かこみ18・1 タンパク質の構造の予測 412 |
中間相と分散系 415 |
18・5 液晶 415 |
18・6 分散系の分類 416 |
18・7 表面構造とその安定性 417 |
かこみ18・2 生体膜 419 |
18・8 電気二重層 420 |
チェックリスト 421 |
文章問題 422 |
演習問題 423 |
19. 分子の回転と振動 425 |
分光法の特徴 425 |
19・1 実験法 426 |
19・2 強度の目盛 428 |
19・3 選択律 429 |
19・4 線幅 430 |
回転分光法 431 |
19・5 分子の回転エネルギー準位 431 |
19・6 回転状態の占有率 434 |
19・7 回転遷移:マイクロ波スペクトル 436 |
19・8 回転ラマンスペクトル 438 |
振動分光法 439 |
19・9 分子の振動 439 |
19・10 振動遷移 440 |
19・11 非調和性 441 |
19・12二原子分子の振動ラマンスペクトル 441 |
19・13 多原子分子の振動 441 |
かこみ19・1 地球温暖化 444 |
19・14 振動回転スペクトル 446 |
19・15 多原子分子の振動ラマンスペクトル 446 |
チェックリスト 447 |
補遺19・1 448 |
補遺19・2 449 |
文章問題 450 |
演習問題 450 |
20. 電子遷移と光化学 452 |
紫外・可視スペクトル 452 |
20・1 フランク-コンドンの原理 453 |
20・2 円偏光二色性 454 |
20・3 いろいろなタイプの遷移 456 |
放射減衰と無放射減衰 456 |
かこみ20・1 視覚 457 |
20・4 蛍光 458 |
20・5 りん光 459 |
20・6 レーザー 460 |
20・7 化学におけるレーザーの応用 464 |
光電子分光法 466 |
光化学 467 |
20・8 量子収量 468 |
かこみ20・2 光合成 469 |
20・9 光化学反応の機構 470 |
20・10 励起状態の失活の速度 470 |
20・11 蛍光の消光 471 |
チェックリスト 475 |
文章問題 475 |
演習問題 476 |
21. 磁気共鳴 478 |
磁気共鳴の原理 478 |
21・1 磁場の中の電子と原子核 479 |
21・2 実験法 481 |
NMRスペクトルからの情報 482 |
21・3 化学シフト 482 |
かこみ21・1 磁気共鳴イメージング 484 |
21・4 微細構造 486 |
21・5 スピン緩和 490 |
21・6 プロトンのデカップリング 491 |
21・7 コンホメーションの変換と化学交換 491 |
21・8 核オーバーハウザー効果 492 |
21・9 二次元NMR 494 |
EPRスペクトルからの情報 495 |
21・10 g値 495 |
21・11 超微細構造 495 |
チェックリスト 497 |
文章問題 498 |
演習問題 498 |
22. 統計熱力学 500 |
分配関数 500 |
22・1 ボルツマン分布 501 |
22・2 分配関数の解釈 502 |
22・3 分配関数の例 504 |
22・4 分子分配関数 506 |
熱力学的性質 506 |
22・5 内部エネルギーと熱容量 506 |
22・6 エントロピーとギブズエネルギー 508 |
22・7 化学平衡の統計的基礎 510 |
22・8 平衡定数の計算 511 |
チェックリスト 513 |
補遺22・1 513 |
補遺22・2 514 |
文章問題 514 |
演習問題 515 |
付録 517 |
データ部 536 |
演習問題の解答 546 |
索引 547 |