qa20181106c

構造物理化学I (20181106) M: 以下は宮本のコメント

18s2001:: スクリーンの動画でイメージがつかむことができました. 図1.9 での (b, c, d) で, 波が打ち消しあい消失するという曖昧な表現がありますが, 消失し, (a) のようになるのか, それとも原子自体が消失するのですか? M: 動画を見て説明を聞いても理解されなかったようで残念. 原子が消失したら, 質量・エネルギー保存則に違反します. また (a) は, 波が消失した図なのか? // ``波が消失する'' の何があいまいなのかわかりません. 動画では干渉縞の暗線の部分に来る電子は少ない (存在しない) と説明しました. 存在していたものがなくなるわけではありません. 18s2002 も参照
18s2002:: ド・ブローイ波について, 教科書には波動性を示すことの証明として回折の例がのっていましたが, 物質波が干渉する実験例などはありますか. M: 18s2001 参照. // 教科書の電子線回折の例では, 複数の電子間の相互作用による縞模様であることを否定できないが, 講義の始めで示した動画では, 一個の電子が波動性 (干渉) を示している!!
18s2003:: 角運動量が 0 のときが最低エネルギーということは, 原子が全く動いていないということですか. M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 厳密には, 何の角運動量の話か? 物理学の基礎 (力学) を復習する必要があるのでは?
18s2004+:: 円運動しない状態のエネルギーのでは原子はどんな状態ですか. M: 系の ``状態'' は, 通常いくつかの力学変数で指定される. この場合はがそれ. 他の変数, 例えば重心の位置の座標は任意.
18s2005:: ボーア理論は間違っていたのに高校とかでは普通にそれとして習わされるのは, 水素については説明をつけることが出来るからか. M: 参考書に採録されている理由は, 著者に聞けばいいのでは?
18s2006:: 今後の化学が発展していくうえで仮定が大事であるが, その過程をするためには十分な化学の理解と柔らかい発想が必要なのか? M: 万能の処方箋があるのなら, 教えてほしいくらいだ.
18s2008+:: p.23, 図1.9 に『(b) 完全に 1 周したあとで波が整合していない場合には, (c, d) 結果として波が打ち消し合い, しだいに消失する.』とありますが, 電子の波の性質は軌道上においても通過後もその性質を持つということですか. M: 勘違いしている予感. 今のところ ``電子 (粒子) の波としての性質'' との説明で, 理解したと思うのは早計. 波であるのなら, 何が振動しているのか? それはまだ説明されていない.
18s2009:: 物質の波動性はどのような形で実測されるのか? M: 18s2002 参照
18s2010:: 電子が波動性を示すことは分かったが, 他の物質 (原子核や原子等) が何らかの波の性質を示すことはあるのか. M: 本気か? ド・ブローイの物質波の概念は, 電子に限定されているのか?
18s2011:: 運転中, バイクと自転車がたおれない理由を教えてください. M: 質問が書かれていない. // 人が乗ってバランスをとっているから ;-p
18s2012+:: ド・ブローイ波は実験的に観測されたが理論的に存在は証明できるのか. M: 存在証明 (なぜ存在するのか, why) は, 科学の扱う問題ではない. 存在形態 (どのように存在しているのか, how) が科学で扱える問題.
18s2013:: ボーアの理論を拡張できないとなると, 他の原子やイオンに関する議論はもう進まないのか. 別の方法はないのか. M: 量子力学を勉強すればわかるのでは :-)
18s2014:: この世界は 3 次元の空間なのになぜボーア達は 2 次元の世界で原子模型を考えなければならなかったのですか. M: 別に. そんな制限はないだろう.
18s2015:: ボーア理論は現代からみれば間違っているとあったが, ボーア理論で証明することができたリュードベリの式に間違いがある可能性があるとはならないのですか? M: なんで? 水素原子のスペクトルを完璧に表していて, 水素類似原子についても同様なのに??
18s2016:: エネルギーは離散的な値だけを取る, 量子化されているとありましたが, これはエネルギーはある種の粒子が関係して伝えられているものなのでしょうか? エネルギーの最低単位量は粒子 (物体) として存在しているということなのですか? M: 勘違いの予感. 系が持つエネルギーが離散的な値に限られるだけで, それが伝えられる方法は別の話. エネルギーの粒子はどんな物質で出来ているというのか?
18s2017:: ド・ブローイ波を実験的に観測するとき, 結晶性の物質に X 線や電子線を当てていたが, X 線よりもされに短い波長の $\gamma$ 線などを当てても回折図形は見られるのか. より散乱が多くなり, 描かれる環が多くなったりするのか. M: 物理学の基礎を復習する必要があるのでは? // 波長, 回折格子の格子定数と, 干渉縞の間隔の関係
18s2018:: 最初の実験動画では他に電子がない所を通るという条件で行われていたが, 複数の電子がある場所ではどんな様子になるのか. M: 何のために一電子づつが飛んでいく設定にしたのか, 理解しているのだろうか?
18s2019:: ボーア理論に元づく[原文ママ], 核 1 個と電子 1 個の系のイオン半径を求めたことから, 電子反発を考慮して元の原子半径を求めることはできないのでしょうか? M: 量子化学を勉強すればわかるのでは?
18s2020:: 物質もまた波の性質を持っている, とド・ブローイは考えましたが, それは物質 (原子) が, 温度によって振動していることを波としてとらえたのでしょうか. M: 全然違う.
18s2021:: 水素原子のスペクトルがどこで現れるか分かったが, この結果は何に使われるのでしょうか. M: 何かに使わなければいけないのか? // 自分で使い道を調べたり考えたりしてみればいいのでは?
18s2022:: リュードベリの式におけるリュードベリ定数は最も正確に値が決められている物理定数の一つであると教科書に書いていますがなぜボーアの振動数条件を使って理論式を書き換えるのか? M: 勘違いの予感. 書き換えていないが?
18s2023:: 複数の電子を含む原子 (イオン) では拡張できないなら, 水素以外の原子ではどう説明するのか. M: 18s2013 参照
18s2024:: 核運動が 0 の原子が存在するのですか. M: 不確定性原理と言ってみるテスト
18s2025:: 電子が軌道運動しているということは, $\DS \e^-$ は加速度運動をしていると思うのですが, 加速という不安定なことをしているのに, 原子が安定していられるのはなぜですか? M: 加速度とか不安定とか, 用語の使い方が変.
18s2027:: 最初の実験動画は電子というとても小さな粒子を使って実験していたが, 分子などの大きなものでもフリンジは観測されるのでしょうか? M: 18s2017 参照
18s2028:: (1.17) 式においてが無限大まで大きくなるとプロトンと電子が離れすぎて関係性を持たなくなってしまう事はないのか? M: 物理学の基礎 (クーロンの法則) を復習する必要があるのでは?
18s2029:: He は希ガスで安定化しているのにどうして電子一個を放出して He になれるのですか? M: 本気か? イオン化エネルギーとは何か?
18s2030:: ボーアの考えで説明できた部分は偶然なのか. M: ボーアの理論にも何らかの真実が含まれていたのでしょう.
18s2032:: ボーア模型の仮定の (2) 番は, ほぼ確定されていますが, これが覆される場合は, どのような場合が予測されますか? M: 自分で考えてみればいいのでは? // 仮説演繹法と言ってみるテスト
18s2033:: 水素原子のボーア模型を用いてスペクトル線の式, リュードベリの式を求めることはできましたが, ヘリウムの話になると, スペクトルのはなしも破綻してしまうのですか? M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 18s2013 も参照
18s2034:: スペクトルの強度とはどういう考え方なのか. 明暗なのか. また, どのように測るのか. M: 考え方も何も, 実験すればスペクトル線の明暗の差が観測される.
18s2035:: 無機I で $\DS r_$ max $= \frac{n^2}{Z^*} a_0 = 52.9 \frac{n^2}{Z^*} ~$ [pm] という有効核電荷から原子半径を求める式があるが, $\DS r = \frac{4 \pi \varepsilon_0 n^2 \hbar^2}{m_\text{e} e^2}$ にを代入した $\DS a_0 = 52.9 ~$ pm と関係あるのか. M: 自分でよく考えてみればいいのでは? 何が分からないのか?? // 18s2038 参照
18s2036:: なぜボーアの理論では, 核 1 個と電子 1 個の系でないと説明できないのか? M: 本気か? ボーア理論ではどういうモデルのどういう相互作用を考えたか?
18s2037:: 電子一つが円運動しているときの波長とはいったい何ですか? M: 微妙に勘違いの予感. // 単なるド・ブローイ波長
18s2038:: 複数の電子を含む原子の場合, 他の電子のことも考えなくてはいけないというのは有効核電荷に関わることですか? M: ``有効核電荷'' とは, 何についてのどういうモデル・近似を考えているのか?
18s2039:: そもそもなぜボーア理論が円軌道として考えられたのですか? また, そのボーア理論によって, 何か別の法則が見つかったりしたのでしょうか? M: 考えた人に聞けばいいのでは? :-p // 20181030 の 18s2019 参照
18s2040:: スペクトル強度はボーア理論となにか他の理論を組みあわせることで証明することは可能か? M: ``証明'' の使い方が変. // ボーア理論は完結しているので, 他の理論と組み合わせる合理性がない.
18s2041:: 現在の化学では, H 以外の半径は求めることができているのですか? M: 18s2013 参照
18s2042:: 系に磁場をかけたときの変化はボーア理論で説明できるのか? M: 教科書や参考書を読めば分かるのでは?
18s2043:: ボーア理論が円軌道として考えられたのは何故ですか. M: 18s2039 の前半参照
18s2044:: 原子核は陽子が密集していますが, なぜ反発しないのですか? M: もちろん反発している. // 核物理学・素粒子物理学を勉強すればわかるのでは?
18s2045:: H のボーア半径が 52.9 pm になったが, スレーターの規則を用いて求めた原子半径も 52.9 pm になったと思うのだが, これについての関係性はあるのか? M: 18s2035 参照
18s2046:: 仮定をもとに生み出されたボーア理論だが厳密に言って間違っているならば仮定のままでしかないのではないか. M: ボーア理論の範囲ではそうかもしれないが, 別の場面で広く使える概念を多く含んでいる.
18s2047:: 電子の干渉についてです. 直観的には, 電子が通った空間に何かがあると考えるのが自然だと思いました. その空間に少ないエネルギーで通れる道がいくつかある, みたいな感じで考えましたがどう思いますか? M: 空想するのは勝手だが, 物理的には意味不明. ``何かがある'' とはどういうことか? ``少ないエネルギーで通れる'' のはなぜか?
18s2048:: ボーア理論が不確定性原理と矛盾することがわかり, その後シュレーディンガーによる矛盾しない理論が一般的に広まったとあります. ボーア半径は今でも使用されていますが, その際に矛盾は起こらないのでしょうか. ( $\DS r_$ max $= 52.9 \frac{n^2}{Z^*}$ ) M: 当初のものと意味が少し変わっている. 教科書 6 章を参照
18s2049:: 水素類似原子, 水素様原子とイオンは何が違うのですか. M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 名前が違う :-p
18s2050:: 仮定に根拠はないと前の講義で言っていたのにボーア模型の仮定を例として取り上げるのがふに落ちませんでした. M: そうですか, しかし質問が記載されていませんでした. // 論理学的には, 仮定に根拠は必要ないし, あらゆる仮定が可能だ. しかし我々がやっているのは, 物理学なので, 現実世界と矛盾した仮定には意味がない.
18s2051:: 物 (原子) に光が当たったとき, 吸収されない波長の光は反射されるが (植物であれば緑とか), 原子のどこらへんに当たって反射しているのですか. // 最低エネルギーがで角運動していないというのは今の自分の少ない頭で考えると中性子になってしまうということか水素イオンか, くらいしか思いつきませんが, 電子が角運動してない状態で, 原子はどのように存在しているのですか. M: 反射とは, ミクロに見て, どういう現象か? // 別に, 普通に存在している. 教科書や参考書を読めばいいのでは? // ``角運動'' とは何か??
18s2052:: 実験の値と数学的・物理的に正しい式が一致したのに水素以外でずれが生じてしまうのは, 他に何か定数や要素がかくれているからですか? M: 何も隠れていない. // 17s2026 や 20181030 の 17s2026 等参照
18s2053:: 波として扱われる光が粒子としてもふるまうならば, 同様に波として扱われる音などは粒子としてふるまうと考えることができないのでしょうか? // 最初の動画の実験について, たった 1 つの電子のみをどうやって通過させることができるのでしょうか? // (先生がつけていた「化学の日」というバッジは何ですか? 欲しいと思いました.) M: 20181030 の 18s2035 参照 // 電流を非常に小さくすると講義中に説明したのだが, 伝わっていなくて残念. // 10 月 23 日は化学の日 (由来は何でしょう?)
17s2007:: KE $= h \nu - \phi$ と $\varepsilon = n h \nu$ は, 違う実験から同じプランク定数だとわかったとありますが, なぜですか. M: 本気か? 実験式の一次の係数が一致したのでは?
17s2010:: ボーア理論が円軌道として考えられたのはなぜですか. M: 考えた人に聞けばいいのでは? :-p
17s2014:: 実験は, ある程度論理的に仮定を立て, 実験をすると思うが, なぜリュードベリはリュードベリの式を論理的に導くより先に実験事実から式を導くことができたのか. (式 1.23) を証明するために実験をするというのが筋ではないだろうか. M: 実験と理論との関係に ``筋'' などあるのか? 誰が決めたのか? 筋に沿わないと罰則でもあるのか? あなたの言う ``筋'' とやらに沿わない発想をしてはいけないのか? // 理由がわからなくても, データに対して実験式を作ることは, 普通にあるのだが.
17s2019:: 電子が一つの準位から移るとき, $E = h \nu$ とされていますが, これが熱や光, 音などのエネルギーに変わった場合も考えるとかなり正確でなくなると思うのですが実際そうなのですか? M: 熱のエネルギーとは, 音のエネルギーとは, それぞれ実際には何だ?
17s2020:: なぜボーア理論は不確定性原理を伴わないのですか? M: ボーアの第一論文は 1913 年, ハイゼンベルクの不確定性原理は 1927 年.
17s2021:: 複数の電子が軌道上にある場合最も反発の小さい配置を保たないのか. M: 静止しているという意味か? 多数の粒子が関与した系で, ちょうど力のつり合いが取れる可能性は?
17s2022:: ありません M: 質問が記載されていない.
17s2025:: 電子軌道は s, p, d とありますがこの形は数式上のものでしょうか. もしくは実際に観測されたものなのでしょうか. M: 水素原子の電子オービタルは, シュレーディンガー方程式の厳密解として得られている. オービタル自身は観測可能なものではなく, 電子密度分布は観測可能.
17s2026:: He のような電子が 2 つ以上の系について, 電子間反発を無視することにして有意差はあるのか. 電子がたくさんある場合その一部を無視してもきんじできるのではないか. M: 近似は常に可能で, 良い近似か悪い近似かの違いがあるだけ. 電子の運動エネルギーと比べて, 電子間反発の (クーロンポテンシャル) エネルギーはいくらか, 自分で計算してみればいいのでは?
17s2028:: 電子や陽子, 中性子は球形ですか? 非常に小さい物質の為, 球形と近似できる場合もあると思いますが, 量子力学というミクロな学問で, 近似してもよいものなのですか? M: 近似については 17s2026 のコメント参照. // 有限の大きさであれば, 例えば北半球と南半球に分割できる?! すると電荷は?
17s2034:: 複数の電子を含む原子では電子間反発が生じるためボーアの理論が適用できないとあったが, 当時は He は電子を 2 つ持っているということが明らかになっていたのか? 原子についてどこまで研究が進んでいたのか? M: 読書感想文(仮) のネタか?
17s2037:: 光と物質は相対性理論によって示された式 $\DS \lambda = \frac{h}{p}$ に従うとド・ブローイは提唱しましたが, 光が波と粒子両方の性質を併せ持つことは相対性理論によって証明できるのでしょうか. M: 相対性理論を勉強すればわかるのでは?
17s2039:: ハイゼンベルクの不確定性原理にて, 粒子の位置と運動量を同時に厳密に決めることは不可能とあるが, なぜか. M: ``原理'' に, そのもとになる法則はない. // 教科書や複数の参考書を読めばいいのでは?
17s2040:: [白紙] M: 質問が記載されていない.
17s2044:: 電子の波は軌道をぐるぐる回るというよりは三次元空間に広がっていくという認識でよいのか? また, 映像では波のような様子が確認できたが, 別の角度からみても同じような波が見えるのか? M: では, 電子はどこにいるのか? 波が広がって核から離れていってしまう?? // 勘違いの予感. 動画の映像は, 平面のスクリーン上の輝点.
17s2045:: 原子内の電子の速さは温度などによらず一定ですか. M: 温度の本質は? // 原子内の電子の速さをどうやって観測するか? // 不確定性原理との兼ね合いは?
17s2046:: ド・ブローイ波はドップラー効果の影響を受けるのか? M: ドップラー効果はナゼ生じるか? ド・ブローイ波は何が振動している波長か?
17s2051:: だとするとポテンシャルエネルギーもないということか. M: 意味不明. どうしてそういう結論になるのか?
17s2052:: 電子がエネルギを[原文ママ]失わずに電子核の周りを回ることができるのは, 常に基底状態分のエネルギーを保ちながら運動しているからということですか? M: 意味不明. 同義反復で理由になっていない. // 励起状態の定常状態では...?
16s2009:: 光を吸収した原子があらゆる方向に光を放出するならば, 光は運動量を持たないといえるのではないか. M: 平均値はゼロだが, 勘違いの予感. 同時にあらゆる方向に光が出ているなら, それって光子いくつ分? ある方向で光子が検出器によって検出されれば, 他の方向に出た光は存在しなくなる??
16s2019:: 水素原子の半径を実験的に求める方法としてどのようなものがあるのか. M: 自分で調べてみれば, 面白いのでは?
16s2028:: にはスペクトルがないのか. M: 意味不明. 何の話か?
15s3005:: 光が化学反応に関わるのは波としての性質かそれとも粒子としての性質か. または両方の性質か. M: 自分で考えて分からないのはナゼか? // 波としての性質, 粒子としての性質とは, それぞれどういうことか?
15s3014:: p.27 に最低の非束縛状態とあるが水素原子から離れてしまった電子ではないのに非束縛といってよいのか. M: 物理学の基礎を復習する必要があるのでは? // ポテンシャルがゼロの場を電子が動くときにする仕事は?
14s3019:: 講義の冒頭で紹介していた電子の実験で, 放出され観測面に達した電子はその後の挙動はどうなるのか. M: 私は知りません. 常識的には, 検出面に溜まるか, 回路を通じて電源に吸収されるか. // 調べてわかったら, 教えてくださいネ.

rmiya, 20190128