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はじめての量子化学量子力学が解き明かす化学の仕組み (ブルーバックス) 新書 – 2019/3/13

平山令明 (著)

4.2 53個の評価

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化学の本質は電子にあり! 量子力学に支配された電子が、分子の形を決め、色を生み出し、化学反応を引き起こす。量子力学によって電子の状態を求める「分子軌道法」の考え方を、自分のパソコンで計算しながら理解できる、量子化学の最良の入門書です。量子化学計算ソフト「Winmostar」の解説付き!

化学の本質は電子にあり! 量子力学に支配された電子が、分子の形を決め、色を生み出し、化学反応を引き起こす。

●H2分子は存在するのに、なぜHe2分子は存在しないのか?
●DNAはどうして2重らせん構造を取るのか?
●水分子(H2O)はなぜ折れ曲がっているのか?
●物に色がついて見えるのはなぜか?

すべての鍵を握るのは、分子の中にある電子だった! 量子力学によって電子の状態を求める「分子軌道法」の考え方を、自分のパソコンで計算しながら理解できる、量子化学の最良の入門書です。

量子化学計算ソフト「Winmostar」の解説付き!

【目次】
第1章原子の成り立ち
第2章原子から分子へ
第3章分子軌道法から求められるもの
第4章分子の構造を知る
第5章電子の分布が分子の性質を決める
第6章分子の色を知る
第7章化学反応を予測する
第8章半経験的分子軌道法計算プログラムを使った計算の実際

付録水素分子の分子軌道とエネルギーを求める

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本の長さ

272ページ
言語

日本語
出版社

講談社
発売日

2019/3/13
寸法

11.4 x 1.3 x 17.4 cm
ISBN-10

4065152135
ISBN-13

978-4065152133
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著者について

平山令明
1948年、茨城県生まれ。1974年、東京工業大学大学院修了。ロンドン大学博士研究員、協和発酵工業(株)東京研究所主任研究員、東海大学開発工学部教授、東海大学医学部教授、東海大学糖鎖科学研究所教授を経て、2016年より東海大学先進生命科学研究所教授。理学博士。現在のおもな研究課題は、コンピュータ科学を駆使した、より効果的で、より安全な医薬品の開発。さらに、人間のQOL向上につながる有用物質の探索・創製にも興味を持って研究活動を展開している。著書に『暗記しないで化学入門』『熱力学で理解する化学反応のしくみ』『分子レベルで見た薬の働き第2版』『「香り」の科学』『カラー図解分子レベルで見た体のはたらき』(いずれも講談社ブルーバックス)など。

登録情報

出版社 ‏ : ‎ 講談社 (2019/3/13)
発売日 ‏ : ‎ 2019/3/13
言語 ‏ : ‎ 日本語
新書 ‏ : ‎ 272ページ
ISBN-10 ‏ : ‎ 4065152135
ISBN-13 ‏ : ‎ 978-4065152133
寸法 ‏ : ‎ 11.4 x 1.3 x 17.4 cm

Amazon 売れ筋ランキング: - 46,245位本 (本の売れ筋ランキングを見る)
- - 28位物理・理論化学
- - 139位ブルーバックス
- - 605位科学 (本)

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川崎　尊

はじめての量子化学

2024年4月19日に日本でレビュー済み

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2023年10月29日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

ただしシュレディンガーの波動関数を使って分子軌道を求める計算過程の部分は古典化学・古典物理しか知らない自分には難解であった。だが、計算過程が理解できなくても分子軌道法を使えば化学現象が理解できることはこの本で理解できる。分子軌道法をものすごく簡単にいうと、世の中の分子は電子の確率的分布によって生じており、外部エネルギーによって本来存在しにくい反結合性分子軌道と不安定な結合性分子軌道をいったり来たりすることで化学反応が生じており、化学反応のすべてを説明できる根源的な概念といえる。

1人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

Cadmium yellow

「化学」が本当の意味で「科学」になったように感じた。数式に怖気づいてしまいそうだが、心配ご無用。

2019年4月7日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

「分子がどんな性質を持つかは、電子が分子内でどのように分布するかで決まります。分子の波動関数を計算すると、分子全体にわたる電子の挙動を知ることができます。この目的で、「分子軌道法」と言う方法が考案されました。」（本書40頁）。この「分子軌道法」で、様々な化学物質の性質や、化学反応を解説して行くのが、本書の基本的構成だ。
著者は、化学が苦手な人や、高校で化学を学ばなかった人にも理解できるように書いたと言うが、やはりそれは無理。元素記号や簡単な化学式を知っており、周期表やイオン化傾向などを暗記した経験位は必要だと思う。数学音痴を自認する方は、程度問題なので、とりあえず数式を飛ばして読んで見ると良いだろう。本文中に、数式は沢山出て来るが、計算問題が挿入されている訳でもないし、実際に計算できる訳でもない。概念が理解できれば良い、計算して見たい方は、巻末の解説にある無料ＰＣソフトで試してみてはと言う趣向だ。（本書に示されたＰＣソフトについては、私は試していないので、コメントはできません。）
もっとも、音とか光とか体感できる現象についての計算式は、なんとかなるとしても、目視できない現象について数式を示された所で半信半疑、お経のように思えてしまうことがあるのが物理の勉強。計算で正解が出せてもピンとこないのは仕方がないと割り切るしかない。本書でも同じ事は言える。
半世紀以上前ことだが、私は、フェノールフタレインと滴定によるアルカリ濃度の計算なんて事を、天下り式に暗記していたものだ。この現象が「分子軌道法」により本書で説明されていた。隔世の感がした。
「数学的方程式の形で表現できる原理の上に構築され、その方程式から幅広い現象について数学的に予測を導き出すことができ、その予測を観測結果と比較してその結果の正さを証明することができる。」（　スティーヴン・ワインバーグ著、赤羽洋子訳『科学の発見』より）。化学が科学として再定義された事を本書が述べていると言いたくなってしまった。
（今までの近代化学も、方法において、十分に科学的であり、人類の進歩に貢献した事を否定するつもりはないのですが。）
付記：巻末の索引と参考書籍リストは、非常に便利です。

20人のお客様がこれが役に立ったと考えています

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五順解

アビガン

2023年4月29日に日本でレビュー済み

理論的には有効と考えられるファビピラビルが何故にメディアは悪者扱うするか、基礎から勉強し直します。

2人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

ガラスのかえる

肝心なことが書かれてた

2019年3月29日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

他の初心者向けの本と違い電子雲の中心が、原子核とはっきり書いてあった。

8人のお客様がこれが役に立ったと考えています

役に立った

F.Chopin

分子軌道法についてのありがた本～電子の位置で決まる分子構造や化学反応

2019年7月5日に日本でレビュー済み

まず平山氏の研究テーマとして、量子力学の分子軌道法を化学にあてはめることによって、
なるべき分子構造や起こるべき化学反応を予測してしまう量子化学なるものがあります。
それは即ち、物理と化学の蜜月関係を表し、それこそ無機～有機に至るまで応用範囲の広い方法でしょう。
骨子は電子の確率的な位置（主量子数、方位量子数、磁気量子数、スピン量子数と4つあるが）により、
水素分子、水分子などの無機物からDNAのような有機物に至るまでの構造決定がなされるので、
それはいわば電子を仲立ちとした構造、反応予測、即ち決定論です。
しかし、といってはなんですが、実際ヘリウム化合物が発見されたりもしているので、
それはあくまでインビトロの理想的状況下における物質の振る舞いいかんであって、
実際のインビーボな状況下ではまた違った振る舞いをも見せるのが物質世界なのでは。
さらに、水素分子のように2つのものの対向関係はシェマチックに理解しやすいものですが、
3つ以上になるととても複雑な様相を呈してきます。電機分野でも三相交流などは複雑です。
さて、本書はコンピュータシミュレーションもできるようになっているので、
利用方は原理やしくみを理解しながら納得できるようになっています。
本書は理論化学の向きにおすすめです。

因みに、この場合電子は核と核とをしかるべく結合するリガンド（膠着子）の役割であり、
フェルミ粒子である電子のこの不思議な性質こそ、今後さらに解明されなければなりません。
アインシュタインはこのフェルミ粒子と相補的な性質を示すボース粒子である、
光子（フォトン）との相互作用系について、光電効果の名のもとに明らかにしたわけであり、
ではいったいなぜ電子が光子に励起され、より外殻に昇位したりするのでしょうか。
量子力学のバンド理論では価電子帯と伝導帯の間に禁止帯などもあり、
そこに電子は入らない点などは極めてフェルミオン的な挙動といえましょうが、
ボソンである光子などは容易に進入するはずなので、その境界で光電効果を起こすのかもしれません。

ニルス・ボーアによる水素をモデルとした原子模型はあまりに有名ですが、
本書によると、水素核と水素核が水素分子（等核二原子分子）をつくるのは、
やはり最外殻である伝導帯において1個ずつ余った電子と電子がスピン量子数を違える形で、
1本の軌道を共有し合う共有結合方式によりましょうか。
水の場合も同じことが対称な二か所で起きていると考えられますね。
（水分子が折れ曲がっているのは、水が極性分子だからですが、
ちょうど2つの対称なＨδ＋どうしが斥力で反発しあっているところを、
Ｏδ－が吸引力により均等に引き寄せているからでしょう。
もしも水分子が折れ線構造でなければ、その液体は鮮やかな流体にはならず、
また氷の結晶のほうが稠密で重くなってしまうかもしれず、
さすれば冬の池などは底から上部へと積もる形で全面的に氷結し、
地球上の生物などはすべて冬眠でもしない限り絶滅してしまうでしょう！）

電子の規定力の大きさを知って感動するのに本書はまさにうってつけです。
水素原子、水素分子、水分子…と原子の分子への組み立ては須らく電子が担体です。
本書を鋭意読了し、この際なので量子化学の考え方に強くなるとともに、
平山氏のいう「暗記しない化学」の方向をも射程に、化学という学問の全貌を視野に収めてみませんか。
物理や生物はいわば化学という「電子」によって結合されているのです。
その点にいち早く気づき、サイエンス全体を統合してみましょう。
きっと新たな世界観が築け、学問全体への見晴らしがよくなると思いますよ。

4人のお客様がこれが役に立ったと考えています

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求匡

応用（有機）化学程度の前提知識を要するが解説は丁寧で計算不要

2019年10月19日に日本でレビュー済み

私が本書を購入したのは、一応趣味を端緒として放射線関連及び化学関連の２つの国家資格を（数年前に）取得しているので、タイトルに『量子』とはあるが本書の最初の方（第１章）に見えた電子の「電子殻軌道（２ｓ・３ｄ…）」、「主量子数」、「ド・ブロイ波」（※注１）等から、“懐かしいな、何とか読めるだろう！”的に軽く考えたのが誤りだった。このページの「商品の説明」には、「化学の本質は電子…量子力学に支配された電子が、分子の形を決め、色を生み出し、化学反応を引き起こす…量子力学によって電子の状態を求める『分子軌道法』の考え方を…理解できる、量子化学の最良の入門書」とあるが、これは一般読者（化学愛好家含む）向けの「入門書」ではない。また具体的トピックとしてＨ2とＨｅ2分子の存在可否、ＤＮＡの２重螺旋構造、物質（分子）の色の原理等が挙げられているが、これらは本質的なものでなく前記「分子軌道法」の題材又は具体例であることに注意する必要がある。

端的に言えば、タイトルに言う『はじめての』化学読者（一般的愛好家）には些か敷居が高いように思う。主要トピックは有機化学（化合物）を扱っており、数値計算・分子モデリング等には基本的に某社のソフトウエアを使用するが（読書上は適宜結果計算値表・立体画像等が展開されているので右ソフトウエアは必須ではない）、内容は一般的な“有機化学”に比して深度がありかつ濃いものとなっている。少なくとも本書趣旨は高校の応用化学（化学Ⅱ）以上は前提としていると推察する。例えば電子殻軌道（種類・意義）、電子配位（数）、プランク定数、ド・ブロイ波（※注１）、素電荷、電子／原子質量（概算定数値）、化学定数（一部）、分子（立体／構造）異性体（※注２）程度は予備知識として持っていることが求められようか。ただ原理的な解説は丁寧なので、係る程度の基本が押さえられていれば本書は興味深いものだろう。

【※注１】λ＝ｈ／ｍｖ　（プランク定数・変数等は参考書参照）
【※注２】１,１－ジクロロエチレンとシス／トランス－１,２－ジクロロエチレンの相違など（１０９頁ほか）

私個人としては、ソフトウエアによる計算・モデリングは試みていないが、第２章～第３章前半（安定分子軌道・反結合分子軌道等の原理）は手強く理解の覚束ない論旨があった。ただ各分子図表やモデリング画像があるのでイメージできるところもあり、第４章以降はそれなりに“読むこと”はできたように思う。原理的な部分がイメージできれば、例えばシス／トランス型の安定性の理由（１０９～１１２頁）、ＤＮＡ２重螺旋の結合論理（１２３～１３１頁）、「目が光を感じる仕組み」（１８７～１９２頁）など、非常に興味深いトピックとして読める。なお第８章（分子軌道法計算ソフトウエア関連・付録）の要否は読者次第だろう。

6人のお客様がこれが役に立ったと考えています

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Kindleのお客様

初めの一冊にはなり得ないですね

2022年8月18日に日本でレビュー済み

ブルーバックスあるあるですが、入門書として難しすぎではないかと思いました。
量子化学の入門書として2冊目に読んだのでそれなりに興味深く読めましたが、そうでなかったら50ページも読まないうちにウンザリしていたと思います。
書名に騙されてはいけません。
絶対に入門書として買ってはいけません。

1人のお客様がこれが役に立ったと考えています

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