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化学物理学は、化学プロセスを物理的観点から研究する物理学の一分野です。物理学と化学の両方の原理を使用して、化学システムの物理的特性と動作を理解することに重点を置いています。この分野では、原子および分子物理学と凝縮物質物理学の手法を使用して物理化学現象を調査します。
アメリカ合衆国教育省は化学物理学を「物理化学と原子・分子物理学の分野を組み合わせた構造現象の科学的研究に焦点を当てたプログラム。不均質構造、配列と表面現象、量子論、数理物理学、統計力学と古典力学、化学反応速度論、レーザー物理学の指導を含む」と定義しています。[1]
化学物理学と物理化学の違い
物理学と化学の境界にある化学物理学は、量子力学、統計力学、分子動力学などの物理理論を用いて微視的レベルで化学現象を理解し説明することに重点を置いている点で物理化学とは異なります。一方、物理化学は、熱力学や速度論などのより広範な方法を用いて化学プロセスの物理的性質を研究します。一方、物理化学は化学反応における物質の物理的性質と挙動を扱い、熱力学、速度論、分光法などのより広範なトピックをカバーし、マクロ的およびミクロ的化学挙動を結び付けることがよくあります。両分野は共通の基盤を共有しているため、2つの分野の区別はまだ明確にする必要があります。科学者は研究中に両方の分野を実践することが多く、使用されるトピックと技術に大きな重複があるためです。[2] PCCP ( Physical Chemistry Chemical Physics )などのジャーナルは、両方の分野の研究を取り上げ、それらの重複を強調しています。
歴史
化学物理学という用語が現代的な意味で初めて使われたのは、1930年に「化学物理学講座」を出版したドイツの科学者A.オイケンである。それ以前の1927年には、VNコンドラチェフ、NNセミョーノフ、Iu.B.ハリトンによる「電子化学」という出版物が、そのタイトルから「化学物理学」の意味を示唆していた。ソ連科学アカデミー化学物理学研究所は1931年に設立された。米国では、1933年から「化学物理学ジャーナル」が出版されている。[3]
1964年、ゼネラル・エレクトリック財団は化学物理学の分野における優れた業績を称えるためにアーヴィング・ラングミュア化学物理学賞を設立しました。ノーベル賞受賞者のアーヴィング・ラングミュアにちなんで名付けられたこの賞は、表面化学や量子力学などの分野に影響を与え、物理学の原理を通じて化学現象を理解することへの多大な貢献を表彰するものです。[4]
化学物理学者の仕事
化学物理学者は、イオン、フリーラジカル、ポリマー、クラスター、分子の構造とダイナミクスを調査します。彼らの研究には、化学反応の量子力学的側面、溶媒和プロセス、分子内および分子間のエネルギーの流れ、量子ドットなどのナノ材料の研究が含まれます。化学物理学の実験では通常、分光学的方法を使用して、水素結合、電子移動、化学結合の形成と分解、化学反応、ナノ粒子の形成を理解します。
化学物理学の理論的側面における研究目標は、量子力学的レベルで化学構造と反応がどのように機能するかを理解することです。この分野では、イオンとラジカルが気相でどのように動作し、反応するかを明らかにし、化学現象の物理学の計算を簡素化する正確な近似を開発することも目的としています。
化学物理学者は次のような質問に対する答えを探しています。
- 単純な分子の振動と回転に関する量子力学的予測を実験的に検証することはできますか? あるいは、複雑な分子 (タンパク質など) の予測も検証できますか?
- 分子の電子構造と特性を計算するためのより正確な方法を開発できるでしょうか?
- 化学反応を第一原理から理解することはできるでしょうか?
- 量子ドットは光子を吸収した後、なぜ点滅し始めるのでしょうか（フラクタル 運動学[5]を示唆するパターンで） ？
- 化学反応は実際どのように起こるのでしょうか?
- 孤立した分子が溶媒和されるときに起こる段階的なプロセスとは何ですか? または、分子の集合全体が溶媒和されるときに起こる段階的なプロセスとは何ですか?
- 負イオンの特性を利用して分子構造を決定したり、化学反応のダイナミクスを理解したり、光解離を説明したりすることはできるでしょうか?
- 軟 X 線の流れがキセノンクラスター内の原子から十分な数の電子を叩き出し、クラスターを爆発させるのはなぜですか?
ジャーナル
- 化学物理学ジャーナル
- 物理化学レターズジャーナル
- 物理化学ジャーナルA
- 物理化学ジャーナルB
- 物理化学ジャーナルC
- 物理化学 化学物理学
- 化学物理学レター
- 化学物理学
- 化学物理化学
- 分子物理学（ジャーナル）
参照
参考文献
- ^ CIP コード 40.0508 の詳細
- ^ 「化学物理学入門。JC Slater著。pp. xiv + 521。ロンドン：McGraw‐Hill Publishing Co., Ltd.、1939年。33s」。化学工業協会誌。59 （11）：187–187。1940-03-16。doi ：10.1002/ jctb.5000591106。ISSN 0368-4075 。
- ^ 「化学物理学」TheFreeDictionary.com . 2024年3月31日閲覧。
- ^ 「化学物理学におけるアーヴィング・ラングミュア賞」アメリカ化学会。 2024年4月16日閲覧。
- ^ Routzahn, Aaron L.; Jain, Prashant K. (2015-04-08). 「反応する量子ドットの発光点滅」Nano Letters . 15 (4): 2504–2509. doi : 10.1021/acs.nanolett.5b00068 . ISSN 1530-6984.