一覧へ戻る

コンピュータを使った化学の研究

高校2年生 30分という短い時間であったが、化学の奥深さを少し理解した。化学への関心が深まった。
高校2年生 コンピュータを使って化学研究するというのは自分の中になかったので新たな考えが生まれた。
高校2年生 化学の研究には、コンピュータを使って行うものもあるということが分かった。自分の思っている化学と異なる点がたくさんあって面白かった。
高校2年生 今まで実験といえば理科室で行うものしか思い浮かびませんでしたがコンピュータで化学の実験をできることを知りすごいと思いました。ありがとうございました。
高校1年生 少し難しい内容もあったけど、とてもためになった。
高校1年生 自分は、数学や物理学が大好きで、まだわからない部分が多々ありましたが、少し興味をもてました。ありがとうございました。
高校2年生 情報科学への知識が深まって良かった。
高校2年生 少し難しかったけど、大まかな内容は理解できた。私もコンピューターで実験してみたいです。無極性分子でくっつく力がファンデルワールス力だとやっとわかった。
高校2年生 少しむずかしかったですがわかりやすく解せつしていただいてとてもたすかった。
高校2年生 コンピーターシュミレーションによって、化学反応の過程がかわるのは、おもしろいと思いました。
高校1年生 なんとなくで受けたのですが、意外に面白かったです。
高校1年生 マクロの世界ではなくミクロの世界というより複雑な世界の話が難しくも面白かったです。電子がミクロの世界のキーなのは意外でした。
高校2年生 大学の化学について関心が持てた。色々調べてみようと思った。
高校2年生 量子化学はコンピューターを使ってシュミレーションをするものだとわかりました。いってみて良かったです。
高校2年生 コンピューターを使って化学を研究することは、すごがった。マクロとミクロについて知ることができた。
高校1年生 授業では化学反応式を書いて終わりだった化学がどのように反応しているかに興味をもてました。
高校1年生 この量子化学についてより興味がわいた。
高校2年生 新しい物質を見つけるということと、奇ガスでも、ほかの原子と結合ができることを知ッて、興味がわきました。
高校2年生 とてもおもしろかった。
高校1年生 ・もう少しくわしくわかりやすく説明してほしいです。
高校2年生 高校でならったことが出てきて、その発展がきけてよかった。
高校2年生 とても高度なお話を伺えてよかった。
高校2年生 量子化学の歴史から始まり、ミクロ・マクロ・等の話を合わせての説明、聞いていてとても興味がわいた。分子についての関心もふえた。
高校2年生 マクロの世界では目にみえないので証明はできないが、コンピューターによって求めることができることを知った。
高校2年生 とてもわかりやすく、今やっている科学とはくらべものにならないくらい難しそうだなぁと思いました。
高校2年生 いろいろと難しい言葉が出て理解するのに苦労した。

さらにコメントを見る

関心ワード
  • 計算化学 、
  • コンピュータ 、
  • 化学反応 、
  • 量子力学 、
  • 量子化学 、
  • 電子 、
  • 相互作用 、
  • シミュレーション

講義No.g008542

コンピュータ・シミュレーションによる分子間相互作用の研究

気体・液体・固体とも違う「分子クラスター」

 世の中の物質は、分子が集まって1つの物質を作っています。分子が無限個集まったものは気体・液体・固体になりますが、有限個あつまると「クラスター」という特異な性質を持った物質ができることがあります。例えば、二酸化炭素の分子CO2がクラスターになると、反応試薬になることが知られています。分子間ではいろいろな相互作用が働き、さまざまな機能が現れるのです。

分子間で働く「ファン・デル・ワールス力」とは?

 分子クラスターには、分子間に3種類の相互作用が働いていると考えられています。1つは、分子がそれぞれ+極と-極の部分を持っている時に、決まった方向で引き合う「配向力」、2つ目は、自分が+や-を持っていなくても、近づいた時に相手が+を持っていれば、-に変わって引き寄せられる「誘起力」、3つ目は、どちらの分子も+-を持っていないのに、なぜか互いに引き合う「分散力」です。この分散力は「ファン・デル・ワールス力」と呼ばれ、一般には弱い相互作用です。分子の中では、分子中を-の電子が絶えず運動しているため、瞬間的にとらえると分子が+極、-極を持つことになり、ほかの分子と引き合うことができるのです。

複雑な分子の相互作用をコンピュータで解析

 このような複雑な分子の相互作用を知るのに役立つのが「量子化学計算」です。量子力学をベースにしたシュレディンガー方程式を使って計算し、電子の状態を導き出すのです。つまりコンピュータが有力な「実験装置」になり、現象を理論的に解析したり、実験に先駆けて予測したりする、いわゆるコンピュータ・シミュレーションができるというわけです。例えば、化学反応の機構や反応経路も量子化学計算により、明らかにすることができるようになってきました。今世紀は、おそらくコンピュータ・シミュレーションを活用した物質設計などの研究が重要な分野になるでしょう。

この学問が向いているかも 量子化学、物理化学

静岡理工科大学
理工学部 物質生命科学科 教授
関山 秀雄 先生

先生がめざすSDGs
メッセージ

 量子化学は量子力学に基づき、コンピュータを使って、さまざまな物質の性質を理論的に研究する学問です。分子の集合体である分子クラスターは、単独の分子や固体や液体にはない面白い性質を秘めており、今後の研究が期待されています。
 自然界は、物理・化学・生物の分野が互いに結びついています。自然科学に興味がある人は、いろいろな本を読み、また、実験を体験して視野を広げてください。意外なところからヒントをもらえ、自分が何をしたらいいかが見えてくると思います。自分の殻を破り、ぜひ新しい科学に挑戦してみてください。

先生の学問へのきっかけ

 小学生の頃、自作モーターのスイッチを入れても動かないのに、なぜか弾みをつけると動き出すという原因を真剣に考えていました。
 研究との出会いは、高校時代に手にした専門書で、物理的な手法を使って化学の研究をする「物理化学」の分野を知りました。
 大学では理学部化学科に進学し、高速電子線を使って分子の化学結合や電子の状態を調べたり、量子力学の理論を使った化学の研究に取り組み、現在はコンピュータを使って量子化学の研究をしています。量子化学は、化学も物理も数学も好きという人には、おすすめの学問分野です。

大学アイコン
関山 秀雄 先生がいらっしゃる
静岡理工科大学に関心を持ったら

 静岡理工科大学は静岡県西部の袋井市にある、理工学部(機械工学科・電気電子工学科・物質生命科学科・建築学科)と情報学部(コンピュータシステム学科・情報デザイン学科)をもつ理工系・情報系の大学です。本学のある遠州地方には、「やらまいか」という言葉があります。モノづくりの精神を語る上で欠かせない言葉です。「やってみようじゃないか」という意味ですが、そこには「負けてたまるか」というような、反骨心がたっぷり含まれています。この地、この場所で学び、やらまいかスピリットを日本中に、世界中に広げていきましょう。