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分子 - Wikipedia

分子ぶんし

2つ以上いじょう原子げんし化学かがく結合けつごうしたもの

分子ぶんし(ぶんし、えい: molecule)とは、2つ以上いじょう原子げんしから構成こうせいされる電荷でんかてき中性ちゅうせい物質ぶっしつす。厳密げんみつには、分子ぶんしすくなくとも1つ以上いじょう振動しんどうエネルギーじゅんつほどに充分じゅうぶんふかいエネルギーポテンシャル表面ひょうめんのくぼみを共有きょうゆうする原子げんしあつまりを[4]。この基準きじゅんたすイオンは、文脈ぶんみゃくによってふくまれる場合ばあいもあればふくまれない場合ばあいもある[5][6][7][8][9]量子りょうし物理ぶつりがく有機ゆうき化学かがく生化学せいかがく分野ぶんやでは、イオンとの区別くべつをせず、原子げんしイオンして分子ぶんし使つかわれることがおおい。

分子ぶんし
組成そせい 原子げんし
相互そうご作用さよう よわ相互そうご作用さよう
つよ相互そうご作用さよう
電磁でんじ相互そうご作用さよう
重力じゅうりょく相互そうご作用さよう
理論りろん アメデオ・アヴォガドロ(1811ねん
電荷でんか 0
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5つの6炭素たんそたまきふくPTCDA分子ぶんしえる原子げんしあいだりょく顕微鏡けんびきょう(AFM)画像がぞう[1]
5つの炭素たんそたまきちょくくさりじょうつらなったペンタセン分子ぶんし走査そうさがたトンネル顕微鏡けんびきょう(STM)画像がぞう[2]
1,5,9-トリオキソ-13-アザトリアンギュレンのAFM画像がぞうとその化学かがく構造こうぞう[3]

概要がいよう

編集へんしゅう

分子ぶんしには、酸素さんそ分子ぶんし酸素さんそ原子げんし2つ、O2)のように1つの化学かがく元素げんそ原子げんしからなるとうかく分子ぶんしと、みず水素すいそ原子げんし2つと酸素さんそ原子げんし1つ、H2O)のように2つ以上いじょう元素げんそからなるかく分子ぶんしがある。気体きたい分子ぶんし運動うんどうろんでは、あらゆる気体きたい粒子りゅうしはその組成そせいにかかわらず分子ぶんしばれることがおおい。これは、まれガスたん原子げんし安定あんてい化学かがくしゅであるため(たん原子げんし分子ぶんしともばれる)、分子ぶんしが2つ以上いじょう原子げんしふくむという要件ようけん緩和かんわしたことによる[10]水素すいそ結合けつごうイオン結合けつごうなど共有きょうゆう結合けつごう英語えいごばん結合けつごうされた原子げんしふく合体がったいは、通常つうじょう単一たんいつ分子ぶんしとはみなされない[11]

分子ぶんしのような概念がいねんふるくから議論ぎろんされてきたが、分子ぶんしとその結合けつごう本質ほんしつかんする近代きんだいてき研究けんきゅうは17世紀せいきはじまった。ロバート・ボイルアメデオ・アヴォガドロジャン・ペランライナス・ポーリングといった科学かがくしゃたちによって、時間じかんをかけて洗練せんれんされた分子ぶんし研究けんきゅうは、今日きょうでは分子ぶんし物理ぶつりがくまたは分子ぶんし化学かがくとしてられている。

メリアム=ウェブスターオンライン・エティモロジー・ディクショナリーによると、「分子ぶんし(molecule)」という言葉ことばは、ラテン語らてんごの「moles」すなわち「質量しつりょうちいさな単位たんい」に由来ゆらいする。語源ごげんフランス語ふらんすごmolécule(1678)で、ラテン語らてんごmoles 「mass, barrier(質量しつりょう境界きょうかい)」のゆびしょうであるしんラテン語らてんごmolecula由来ゆらいする。18世紀せいき後半こうはんまでラテン語らてんごかたちでしか使つかわれなかったこの言葉ことばは、デカルト哲学てつがくしょ使つかわれたことで人気にんきはくした[12][13]

分子ぶんし構造こうぞうかんする知識ちしきえるにつれて、分子ぶんし定義ていぎ進化しんかしてきた。初期しょき定義ていぎでは、分子ぶんしを「その組成そせい化学かがくてき性質せいしつ保持ほじする純粋じゅんすい化学かがく物質ぶっしつ最小さいしょう粒子りゅうし」と定義ていぎしていたが、あまり正確せいかくではなかった[14]。しかし、岩石がんせき塩類えんるい金属きんぞくなど身近みぢか物質ぶっしつおおくは、化学かがくてき結合けつごうした原子げんしイオンおおきな結晶けっしょうネットワークで構成こうせいされており、個別こべつ分子ぶんしでできているわけではないため、この定義ていぎはしばしば破綻はたんする。

現代げんだい分子ぶんし概念がいねんは、レウキッポスデモクリトスなど、すべての宇宙うちゅう原子げんし空隙くうげき構成こうせいされていると主張しゅちょうした科学かがく以前いぜんのギリシャの哲学てつがくしゃまでさかのぼることができる。紀元前きげんぜん450ねんごろエンペドクレスは、基本きほん元素げんそ )、 )、空気くうき )、みず ))と、それらの元素げんそ相互そうご作用さようする引力いんりょく斥力せきりょくという「ちから」を想像そうぞうした。

だい5番目ばんめ元素げんそである「不壊ふえ(ふえ)の真髄しんずい」であるエーテルは、天体てんたい基本きほんてき構成こうせい要素ようそかんがえられていた。レウキッポスやエンペドクレスの視点してんは、エーテルとともにアリストテレスれられ、中世ちゅうせいおよびルネサンスのヨーロッパにがれた。

しかし、より具体ぐたいてきには、「分子ぶんし」、すなわち原子げんし結合けつごうした集合しゅうごうたい単位たんいという概念がいねんは、ロバート・ボイルが1661ねん出版しゅっぱんした有名ゆうめい著書ちょしょ懐疑かいぎてき化学かがくしゃThe Sceptical Chymist)』のなかで、「物質ぶっしつ微粒子びりゅうし集団しゅうだんから構成こうせいされており、化学かがく変化へんかはその集団しゅうだんさい編成へんせいによってしょうじる」としたかれ仮説かせつはしはっしている。ボイルは、物質ぶっしつ基本きほん要素ようそは「微粒子びりゅうし(corpuscles)」とばれる種類しゅるいおおきさのことなる粒子りゅうし構成こうせいされており、これらの粒子りゅうし自身じしん集団しゅうだん編成へんせいすることができると主張しゅちょうした。1789ねんに、ウィリアム・ヒギンズ英語えいごばんが、原子げんし結合けつごう概念がいねんしめせとなる「究極きゅうきょくの」粒子りゅうしわせとぶものについての見解けんかい発表はっぴょうした。ヒギンズによれば、たとえば酸素さんそ究極きゅうきょく粒子りゅうし窒素ちっそ究極きゅうきょく粒子りゅうしあいだちからは6であり、ちからつよさはそれにおうじて分割ぶんかつされ、究極きゅうきょく粒子りゅうしわせについても同様どうようである。

 
ドルトンの原子げんしせつ (J.Dalton,A New System of Chemical Philosophy,1808)。
1.水素すいそ、4.酸素さんそ、21.みず
ドルトンは水素すいそ酸素さんそが1たい1で反応はんのうみず生成せいせいするとかんがえている。

ジョン・ドルトンが1803ねん原子げんしろんを、1804ねん倍数ばいすう比例ひれい法則ほうそくにより原子げんし存在そんざい提唱ていしょうした。しかし現代げんだい電子でんし原子核げんしかくから構成こうせいされる粒子りゅうしのような構造こうぞうてき概念がいねんではなく、化学かがく反応はんのう一定いってい単位たんい質量しつりょうもと進行しんこうするという量的りょうてき概念がいねんであった[15]

分子ぶんし(molecule)」という言葉ことばアメデオ・アヴォガドロつくした[16]。1811ねん論文ろんぶん物体ぶったい分子ぶんし相対そうたい質量しつりょう決定けっていかんするエッセイ」(Essay on Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies)で、かれ本質ほんしつてきつぎのようにべている。すなわち、パーティントン英語えいごばんの『化学かがく歴史れきしA Short History of Chemistry)』によると[17]

気体きたい最小さいしょう粒子りゅうしかならずしも単純たんじゅん原子げんしではなく、これらの原子げんし特定とくていかずだけ引力いんりょく結合けつごうしていち分子ぶんしmolecule)を形成けいせいしている。

こうしたかんがかた同調どうちょうして、1833ねんにフランスの化学かがくしゃマルク・アントワーヌ・オーギュスト・ゴーダン英語えいごばんは、アボガドロの原子げんしりょうかんする仮説かせつ[18]直線ちょくせんじょう水分すいぶんのようなはん正確せいかく分子ぶんし形状けいじょうと、H2Oのような正確せいかく分子ぶんししき両方りょうほう明確めいかくしめ体積たいせき(volume diagrams)を使つかって明確めいかく説明せつめいした。

 
マルク・アントワーヌ・オーギュスト・ゴーダンによるしょうにおける分子ぶんし体積たいせき (1833)

1917ねんライナス・ポーリングという無名むめいのアメリカの化学かがく技術ぎじゅつしゃが、原子げんしあいだ結合けつごう記述きじゅつする方法ほうほうとして当時とうじ主流しゅりゅうであったドルトンのフックアンドアイ結合けつごう[訳語やくご疑問ぎもんてん]研究けんきゅうしていた。しかし、ポーリングはこの方法ほうほう満足まんぞくせず、あらたな分野ぶんやである量子りょうし物理ぶつりがくあたらしい方法ほうほうもとめた。1926ねん、フランスの物理ぶつり学者がくしゃジャン・ペランが、分子ぶんし存在そんざい決定的けっていてき証明しょうめいしたことによりノーベル物理ぶつりがくしょう受賞じゅしょうした。かれは、いずれもえきしょうけいかんする3種類しゅるい方法ほうほう計算けいさんすることによりアボガドロ定数ていすう決定けっていした。1番目ばんめガンボージ石鹸せっけんのようなエマルション使用しようし、2番目ばんめブラウン運動うんどう実験じっけんてき研究けんきゅうし、3番目ばんめアインシュタインえきしょうにおける粒子りゅうし回転かいてん理論りろん検証けんしょうした[19]

1927ねん物理ぶつり学者がくしゃフリッツ・ロンドンヴァルター・ハイトラーは、あたらしい量子力学りょうしりきがくを、水素すいそ分子ぶんしにおける飽和ほうわせい動的どうてき引力いんりょく斥力せきりょく、すなわち交換こうかんりょくあつかいに適用てきようした。この問題もんだい原子げんし結合けつごう観点かんてんからあつかったかれらの共同きょうどう論文ろんぶんは、化学かがく量子力学りょうしりきがくしたくというてん画期的かっきてきであった[20]かれらの研究けんきゅうは、博士はかせごう取得しゅとくしたばかりのポーリングに影響えいきょうあたえ、グッゲンハイム・フェローシップでチューリッヒのハイトラーやロンドンを訪問ほうもんした。

 
水素すいその s 軌道きどうかさなる sp³ 混成こんせい軌道きどうしき

その、1931ねんにポーリングは、ハイトラーとロンドンの研究けんきゅう、およびルイスの有名ゆうめい論文ろんぶんられる理論りろんもとづいて、量子力学りょうしりきがくもちいて分子ぶんし性質せいしつ結合けつごうかく結合けつごうともな回転かいてんといった構造こうぞうしき計算けいさんする画期的かっきてき論文ろんぶん化学かがく結合けつごう本性ほんしょうThe Nature of the Chemical Bond)」を発表はっぴょうした[21]。これらの概念がいねんもとづいて、ポーリングは、4つの sp³ 混成こんせい軌道きどう水素すいそ1s 軌道きどうかさなって4つの σしぐま結合けつごう形成けいせいする CH4 のような分子ぶんし結合けつごう説明せつめいする混成こんせい理論りろん開発かいはつした。この4つの結合けつごうおなながさとつよさであるため、下図したずしめすような分子ぶんし構造こうぞうになる。

分子ぶんし科学かがく

編集へんしゅう

分子ぶんし科学かがくmolecular science)は、化学かがく物理ぶつりのどちらに重点じゅうてんくかによって、「分子ぶんし化学かがくmolecular chemistry)」または「分子ぶんし物理ぶつりがくmolecular physics)」とばれる。分子ぶんし化学かがくは、化学かがく結合けつごう形成けいせい切断せつだんといった分子ぶんしあいだ相互そうご作用さよう支配しはいする法則ほうそくあつかい、分子ぶんし物理ぶつりがくは、分子ぶんし構造こうぞう特性とくせい支配しはいする法則ほうそくあつかう。しかし、実際じっさいにはこの区別くべつ曖昧あいまいである。分子ぶんし科学かがくでは、分子ぶんしは2つ以上いじょう原子げんし結合けつごうした安定あんていしたけい束縛そくばく状態じょうたい)で構成こうせいされている。原子げんしイオン電気でんきびた分子ぶんしなすことができる。不安定ふあんてい分子ぶんしunstable molecule)という用語ようごは、非常ひじょう反応はんのうせい英語えいごばんたかたね、すなわちラジカル分子ぶんしイオンリュードベリ分子ぶんし英語えいごばん遷移せんい状態じょうたいファンデルワールス錯体さくたいボース=アインシュタイン凝縮ぎょうしゅくのような原子げんし衝突しょうとつけいなど、電子でんし原子核げんしかく一時いちじてき集合しゅうごうたい共鳴きょうめい)にたいして使用しようされる。

分子ぶんし形態けいたい

編集へんしゅう

物質ぶっしつ構成こうせい要素ようそとしての分子ぶんしはありふれたものである。それらはまた、うみ大気たいきだい部分ぶぶん構成こうせいしている。ほとんどの有機ゆうきもの分子ぶんしである。タンパク質たんぱくしつとその材料ざいりょうとなるアミノ酸あみのさん核酸かくさん(DNAとRNA)、とう炭水化物たんすいかぶつ脂質ししつ、ビタミンなど、生命せいめい構成こうせいする物質ぶっしつ分子ぶんしである。栄養素えいようそであるミネラルは、一般いっぱんにイオン化合かごうぶつであり、分子ぶんしではない(れい硫酸りゅうさんてつ)。

 
炭素たんそ同素体どうそたいことなる分子ぶんし構造こうぞう)をしめす: a:ダイヤモンド, b:グラファイト, c:ロンズデーライト, d,e,f:フラーレン, g:無定形むていけい炭素たんそ, h:カーボンナノチューブ

しかし、地球ちきゅうじょう身近みぢか固体こたい物質ぶっしつ大半たいはんは、部分ぶぶんてきまたは全部ぜんぶ結晶けっしょうやイオン化合かごうぶつでできており、分子ぶんしでできているわけではない。これらには、地球ちきゅう物質ぶっしつ構成こうせいするすべての鉱物こうぶつすな粘土ねんど小石こいしいわきょつぶて地殻ちかくマントル地球ちきゅうかくなどがふくまれる。これらはすべて、おおくの化学かがく結合けつごうふくんでいるが、識別しきべつ可能かのう分子ぶんしでできているわけではない。

しお共有きょうゆう結合けつごう結晶けっしょうについては、グラフェンのように平面へいめんてきに、あるいはダイヤモンド石英せきえい塩化えんかナトリウムのように3次元じげんてきひろがる単位たんい格子こうしかえしで構成こうせいされていることがおおく、典型てんけいてき分子ぶんし定義ていぎすることはできない。また、金属きんぞく結合けつごうともな凝縮ぎょうしゅくしょう固体こたいまたは液体えきたい)であるほとんどの金属きんぞくにも、単位たんい格子こうし構造こうぞうかえしという論旨ろんしてはまる。したがって、固体こたい金属きんぞく分子ぶんしでできているわけではない。ガラスは、ガラスしつ無秩序むちつじょ状態じょうたい存在そんざいする固体こたいであり、原子げんし化学かがく結合けつごうによって結合けつごうしているが明確めいかく分子ぶんし存在そんざいせず、しお共有きょうゆう結合けつごう結晶けっしょう金属きんぞく特徴とくちょうづける単位たんい格子こうし構造こうぞうかえ規則きそくせい存在そんざいしない。

結合けつごう

編集へんしゅう

一般いっぱんに、分子ぶんし共有きょうゆう結合けつごうによってむすばれている。いくつかの非金属ひきんぞく元素げんそは、自由じゆう原子げんしとしては存在そんざいせず、環境かんきょうちゅうでは化合かごうぶつまたはとうかく分子ぶんしとしてのみ存在そんざいするものがある。水素すいそはそのれいである。

金属きんぞく結晶けっしょうは、金属きんぞく結合けつごうによってまとめられた1つの巨大きょだい分子ぶんしなすことができるとひともいれば[22]金属きんぞく分子ぶんしとはまったくことなるふるまいをすると指摘してきするひともいる[23]

共有きょうゆう結合けつごう

編集へんしゅう
 
2つの水素すいそ原子げんしが2つの電子でんし共有きょうゆうしてH2(みぎ)を形成けいせいする共有きょうゆう結合けつごうしめ

共有きょうゆう結合けつごうcovalent bond)は、原子げんし原子げんしあいだ電子でんしたい電子でんしくみ)を共有きょうゆうする化学かがく結合けつごうである。これらの電子でんしたいを「共有きょうゆうたい」または「結合けつごうたい」とび、原子げんしあいだ電子でんし共有きょうゆうするときの引力いんりょく斥力せきりょく反発はんぱつりょく)が安定あんていした均衡きんこうをもたらす状態じょうたいを「共有きょうゆう結合けつごう」と[24]

イオン結合けつごう

編集へんしゅう
 
ナトリウムフッ素ふっそ酸化さんか還元かんげん反応はんのうこしてフッナトリウム生成せいせいする。ナトリウムは外側そとがわ電子でんしうしなって安定あんていした電子でんし配置はいちになり、この電子でんし発熱はつねつてき英語えいごばんフッ素ふっそ原子げんしはいる。

イオン結合けつごうionic bonding)は、ぎゃく荷電かでんイオンあいだしずかでん引力いんりょくともな化学かがく結合けつごう一種いっしゅで、イオン化合かごうぶつしょうじる主要しゅよう相互そうご作用さようである。イオンとは、1つまたは複数ふくすう電子でんしうしなった原子げんしカチオン)と、1つまたは複数ふくすう電子でんし獲得かくとくした原子げんしアニオン)のことである[25]。このような電子でんし移動いどうは、共有きょうゆう結合けつごうとは対照たいしょうてきに「電気でんき原子げんしelectrovalence)」とばれる。もっと単純たんじゅんなケースでは、カチオンは金属きんぞく原子げんし、アニオンは非金属ひきんぞく原子げんしであるが、イオンのなかにはNH4+やSO42−のような分子ぶんしイオンのように、より複雑ふくざつ性質せいしつつものも存在そんざいする。常温じょうおんつねあつでは、ほとんどの場合ばあい、イオン結合けつごう個別こべつ識別しきべつ可能かのう分子ぶんしたない固体こたい場合ばあいによっては液体えきたい)を形成けいせいするが、そのような物質ぶっしつ気化きか昇華しょうかすると個別こべつ分子ぶんししょうじる(結合けつごうが(共有きょうゆう結合けつごうではなく)イオン結合けつごうなされるだけの十分じゅうぶん電子でんし移動いどうする)。

分子ぶんしおおきさ

編集へんしゅう

ほとんどの分子ぶんし肉眼にくがんることができないほどちいさいが、DNAのような生体せいたい高分子こうぶんしふくおおくのポリマー分子ぶんし巨視的きょしてきおおきさにたっすることがある。有機ゆうき合成ごうせい構成こうせい要素ようそとしてもちいられる分子ぶんしおおきさは、一般いっぱんてきかずオングストローム(Å)からすうじゅうオングストローム(10おくぶんの1メートル)程度ていどである。このおおきさでは可視かしこう波長はちょう以下いかため顕微鏡けんびきょうなど光学こうがくてきぞうとして個々ここ分子ぶんし観察かんさつすることはできない。したがって通常つうじょうにする物質ぶっしつ結晶けっしょうやクラスターなど集団しゅうだんとしての分子ぶんしにしていることになる。分子ぶんし単位たんい質量しつりょう分子ぶんしりょうもちいられ、およそ分子ぶんしりょうで103から104さかいに、それ以下いか分子ぶんしてい分子ぶんし、それ以上いじょう分子ぶんし高分子こうぶんしぶ。

単一たんいつ分子ぶんし姿すがた測定そくていかいして観測かんそくするしかないが、原子げんしあいだりょく顕微鏡けんびきょう(AFM)をもちいると、てい分子ぶんししょう分子ぶんし)や個々ここ原子げんし輪郭りんかく追跡ついせきできることがある。もっともおおきな分子ぶんしにはちょう分子ぶんしがある。もっとちいさな分子ぶんし原子げんし水素すいそ(H2)で、結合けつごうちょうは0.74 Åである[26]

有効ゆうこう分子ぶんし半径はんけいは、溶液ようえきちゅう分子ぶんししめおおきさである[27][28]かく物質ぶっしつ透過とうか選択せんたくせいひょう英語えいごばんにそのれいしめされている。

分子ぶんししき

編集へんしゅう

化学かがくしき種類しゅるい

編集へんしゅう

分子ぶんし化学かがくしきは、元素げんそ記号きごう数字すうじのほか、まるかっこ、ダッシュ(')、かくかっこ([])、プラス(+)、マイナス(-)などの記号きごうもちいて1ぎょう表示ひょうじする。これらはした文字もじうえ文字もじふくむこともあり、活版かっぱん印刷いんさつの1ぎょう表現ひょうげんできるように制限せいげんされている。

化合かごうぶつ実験じっけんしきは、非常ひじょう単純たんじゅん種類しゅるい化学かがくしきである。[29]これは、化合かごうぶつ構成こうせいする化学かがく元素げんそもっと単純たんじゅん整数せいすうのことである[30]。たとえば、みずつね水素すいそ原子げんし酸素さんそ原子げんしが2:1の比率ひりつ構成こうせいされ、エタノール(エチルアルコール)はつね炭素たんそ水素すいそ酸素さんそが2:6:1の比率ひりつ構成こうせいされている。ただし、これによって分子ぶんし種類しゅるい一意いちいめるものではなく、たとえばジメチルエーテルはエタノールとおな比率ひりつである。おな原子げんしことなる配置はいち分子ぶんし異性いせいたいぶ。また、たとえば炭水化物たんすいかぶつおな比率ひりつ炭素たんそ水素すいそ酸素さんそ=1:2:1。したがって実験じっけんしきおなじ)をつが、分子ぶんしないそう原子げんしすうことなる。

分子ぶんししきは、分子ぶんし構成こうせいする原子げんし正確せいかくかず反映はんえいし、ことなる分子ぶんし特徴とくちょうづける。ただし、ことなる異性いせいたいは、ことなる分子ぶんしであっても、おな原子げんし組成そせいつことがある。

実験じっけんしき分子ぶんししきおなじであることがよくあるが、つねにそうとはかぎらない。たとえば、アセチレン分子ぶんし分子ぶんししきはC2H2であるが、その元素げんそもっと単純たんじゅん整数せいすうはCHである。

分子ぶんしりょうは、化学かがくしきから計算けいさんすることができ、中性ちゅうせい炭素たんそ12(12C同位どういたい原子げんし質量しつりょうの1/12に相当そうとうする通常つうじょう原子げんし質量しつりょう単位たんいあらわされる。ネットワーク固体こたい英語えいごばん場合ばあい化学かがくりょうろんてき計算けいさんさいしき単位たんい英語えいごばんという用語ようご使用しようする。

構造こうぞうしき

編集へんしゅう
 
テルペノイド分子ぶんしアチサンの3次元じげん(ひだり中央ちゅうおう)と2次元じげん(みぎ)の分子ぶんしモデル

複雑ふくざつな3次元じげん構造こうぞう分子ぶんしとくに4つのことなる置換ちかんもと結合けつごうした原子げんしふく分子ぶんしでは、単純たんじゅん分子ぶんししきしめせせいしきでさえ、分子ぶんし完全かんぜん特定とくていできない場合ばあいがある。そのような場合ばあいには、構造こうぞうしきばれるグラフィカルなしき必要ひつようになることがある。構造こうぞうしきいち次元じげん化学かがくめいあらわすこともできるが、そうした化学かがく命名めいめいほう英語えいごばんには化学かがくしき一部いちぶふくまれないおおくの単語たんご用語ようご必要ひつようである。

分子ぶんし構造こうぞう

編集へんしゅう
 
シアノスターデンドリマー分子ぶんし構造こうぞうしきSTM画像がぞう[31]

分子ぶんしは、平衡へいこう幾何きか構造こうぞう英語えいごばん結合けつごうながさや角度かくど)がまっており、振動しんどう回転かいてんによって連続れんぞくてき運動うんどうしている。じゅん物質ぶっしつは、おな平均へいきんてき幾何きか構造こうぞう分子ぶんし構成こうせいされている。分子ぶんし化学かがくしき構造こうぞうは、その分子ぶんし性質せいしつとく反応はんのうせい英語えいごばん決定けっていする重要じゅうよう要素ようそである。異性いせいたいは、化学かがくしきおなじだが構造こうぞうことなるため、通常つうじょう性質せいしつおおきくことなる。立体りったい異性いせいたいという特種とくしゅ異性いせいたいは、非常ひじょうによく物理ぶつり化学かがくてき性質せいしつつと同時どうじに、ことなる生化学せいかがくてき活性かっせいつことがある。

分子ぶんし分光ぶんこうほう

編集へんしゅう
 
(a)走査そうさがたトンネル顕微鏡けんびきょう(STM)のさがせはり過剰かじょう電圧でんあつをかけることで、個々ここH2TPP分子ぶんしから水素すいそ除去じょきょすることができる。この除去じょきょによって、おなじSTMさがせはりもちいて測定そくていしたTPP分子ぶんし電流でんりゅう-電圧でんあつ(I-V)曲線きょくせんが、ダイオードのような曲線きょくせん(bのあか曲線きょくせん)から抵抗ていこうのような曲線きょくせん(みどり曲線きょくせん)に変化へんかする。画像がぞう(c)は、TPP、H2TPP、TPP分子ぶんしならんだれつしめしている。画像がぞう(d) スキャンしながら、くろてん部分ぶぶんでH2TPPに過剰かじょう電圧でんあつをかけると、(d)の下部かぶさいスキャン画像がぞう(e)にしめすように、瞬時しゅんじ水素すいそ除去じょきょされた。このような操作そうさは、単一たんいつ分子ぶんしエレクトロニクス応用おうようすることができる[32]

分子ぶんし分光ぶんこうほう(ぶんしぶんこうほう、えい: molecular spectroscopy)は、エネルギープランクの公式こうしきによる周波数しゅうはすう)が既知きちのプローブ信号しんごう相互そうご作用さようする分子ぶんし応答おうとうスペクトル)をあつか分析ぶんせき手法しゅほうである。分子ぶんしはエネルギーじゅん量子りょうしされており、分子ぶんしのエネルギー交換こうかん吸光または発光はっこう検出けんしゅつすることで分析ぶんせきすることができる[33]一般いっぱん分子ぶんし分光ぶんこうほうは、中性子ちゅうせいし電子でんしこうエネルギーXせんなどの粒子りゅうしが(結晶けっしょうのように)規則きそくてき配置はいちされた分子ぶんし相互そうご作用さようする回折かいせつ研究けんきゅうすものではない。

マイクロ分光ぶんこうほうは、分子ぶんし回転かいてん変化へんか測定そくていし、宇宙うちゅう空間くうかんにある分子ぶんし識別しきべつするために一般いっぱん利用りようされる。赤外線せきがいせん分光ぶんこうほうは、分子ぶんし伸縮しんしゅく屈曲くっきょく、ねじれなどの振動しんどう測定そくていする。これは、分子ぶんしない結合けつごう官能かんのうもと種類しゅるい特定とくていするために一般いっぱん使用しようされる。電子でんし配列はいれつ変化へんかにより、むらさきがいこう可視かしこう、またはきんあかがいこう吸収きゅうしゅうせん輝線きせんしょうじ、いろ発生はっせいする。かく磁気じき共鳴きょうめい分光ぶんこうほうは、分子ぶんしない特定とくてい原子核げんしかく環境かんきょう測定そくていし、分子ぶんしないことなる位置いちにある原子げんしかず特徴付とくちょうづけるために使用しようされる。

理論りろんてき側面そくめん

編集へんしゅう

分子ぶんし物理ぶつりがく理論りろん化学かがくによる分子ぶんし研究けんきゅうは、おも量子力学りょうしりきがくもとづいており、化学かがく結合けつごう理解りかいするうえで不可欠ふかけつである。もっと単純たんじゅん分子ぶんし水素すいそ分子ぶんしイオン H2+であり、すべての化学かがく結合けつごうなかもっと単純たんじゅんなものは1電子でんし結合けつごうである。H2+せい荷電かでん陽子ようし2負荷ふかでん電子でんし1個いっこ構成こうせいされ、電子でんしあいだ反発はんぱつがないため、このけいシュレーディンガー方程式ほうていしきはより簡単かんたんくことができる。高速こうそくデジタルコンピューター発達はったつにより、より複雑ふくざつ分子ぶんしたいする近似きんじかい可能かのうになり、計算けいさん化学かがく主要しゅよういちめんになっている。

IUPACは、ある原子げんし配列はいれつ分子ぶんしとして「十分じゅうぶん安定あんていか」どうかを厳密げんみつ定義ていぎしようとする場合ばあい、「すくなくとも1つの振動しんどう状態じょうたいめるのに十分じゅうぶんふかさのポテンシャルエネルギー曲面きょくめんうえのくぼみに対応たいおうする必要ひつようがある」と提案ていあんしている[4]。この定義ていぎは、原子げんしあいだ相互そうご作用さよう性質せいしつには依存いぞんせず、相互そうご作用さようつよさのみに依存いぞんする。実際じっさいヘリウムりょうからだであるHe2は、振動しんどう結合けつごう状態じょうたいが1つで[34]結合けつごう非常ひじょうよわいため、ごく低温ていおんでしか観測かんそくされない可能かのうせいがあるが、こうしたよわ結合けつごうたね分子ぶんしなされている。

原子げんし配列はいれつが「十分じゅうぶん安定あんていか」どうかは、本質ほんしつてきには運用うんようじょう定義ていぎである。したがって、哲学てつがくてきには分子ぶんし基本きほんてき実体じったいではなく(たとえば素粒子そりゅうし対照たいしょうてき)、むしろ分子ぶんしという概念がいねんは、化学かがくしゃが、わたしたちが観察かんさつする世界せかいにおける原子げんしスケールでの相互そうご作用さようつよさについて、有用ゆうよう意見いけんべる方法ほうほうである。

出典しゅってん

編集へんしゅう
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参考さんこう文献ぶんけん

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