1章 古典論から量子論へ(量子化学 原田)

量子化学(原田)上巻 裳華房

 

この本で量子化学の内容を整理する。コンピュータで量子計算ができるようになって

きたが、量子力学をきちんと理解しないと、研究対象に対して、何をどのように適用

すればよいかがわからない。特に未知の問題にアプローチする場合は、計画的に、

何をどのように計算させるかを考えることが重要である。徒に時間を使ってしまうことになると思うからである。

この本『はじめに』を記載内容を見ると、『読者が時折コンピュータを操作しながら、

本書を読んでいただくことを期待している。』とある。コンピュータを併用しながら

進めると、理解が深まるようである。

§1・1 量子化学

 古典的な物理化学は、熱力学の原理を用いて論じられてきたが、20世紀に入ってから、量子力学が発見され、量子力学が利用されるようになった。コンピュータの進歩により、複雑な分子に対しても計算できるようになり、最近では、化学反応の経路が推定されるようになっている。

§1・2  古典物理学の破綻

 ■空洞輻射(黒体輻射) 空洞輻射のスペクトル分布。 図1.2重要。

 温度が上がると、極大位置が高周波数に移っていく。Rayleigh-Jeansの式。

 低周波に対しては、実験結果を再現するが、高周波に対しては、再現できない。

 Plankが量子仮説を導入して、新しい分布則を提出。

 なるほど、低周波域に対しては、Rayleigh-Jeansの式を再現する。

 ■光電効果

 光を波と考えるのでなく、Planckのエネルギー量子hνを持った粒子とする考え。

 Einsteinが提出。相対論でなくて、この業績でノーベル賞を取った。

 ★1電子に対して、同時に複数の光子が吸収される場合は、確率的に少ないと考える

  ようだ。昔、この辺り気になったことがある。あまり本に書いてないな。

 ■水素の原子構造

  長岡モデルとThomsonモデル。安定性を考えるとThomsonモデルに軍配があがるが

  Rutherfordの実験で、長岡の惑星モデルの方が正しいことが判明。しかし、安定性  

  の問題が解決しない。

§1・3  水素のスペクトルとBohrの理論

  制動放射の問題は解決しないが、Bohrによって、水素スペクトルの問題が解決

  された。制動放射は、wikipediaを見ると、あの二コラ・テスラが発見したとか。

  知らなかった。

  古典的な惑星モデルをベースに、Bohrの量子条件(湯川秀樹 量子力学序説の(2.19))

  を導入して、(要は、各運動量がプランク乗数の整数倍)各軌道におけるエネルギー

  準位を求めることに成功したのだった。(定常状態、Bohrの量子条件、Bohr半径)

  ★軌道の周回長が波長の整数倍であることと等価だと思うが、Bohrの量子条件は

   これがベースであると手持ちの本を見ると、そのように述べてないな。

   頭にはあったと思うが物理の専門書もそこを押し出してない。奇異な感じが

   する。energyが角運動量の2乗の逆数となることを利用しているのか?(1.3.11)

   後、湯川さんの本は評判悪いな。例に挙げたのよくなかったか。。

       Rydberg(リュードベリ)乗数は重要。 1/ λ= R ( 1/m2 - 1/n2) (1.3.2)

  イオン化エネルギー基底状態にある電子を無限遠まで引き離すために必要な

  エネルギー。無限遠を0とする。だから、軌道にある電子のエネルギーは、負。