化学と物理学の関係

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参考

化学と物理学の関係を簡単にまとめると、次のようになる。

やはり、基礎として 「 力学、量子力学、電磁気学、熱力学 」 は有用である。

入門レベルでは 「 量子力学、熱力学 」 と 「 量子化学、化学熱力学 」 に大きな違いはない。

量子力学では粒子の普遍的な性質を学ぶ。

量子化学では原子に束縛された電子を議論することが多い。

両者の違いを大雑把に紹介すると、

(*) 量子力学ではシュレディンガ方程式を解いて水素原子の原子軌道を導出する。

(*) 量子化学では水素原子の1s軌道は認めて、分子軌道を議論する。

(*) 熱力学ではエントロピーや自由エネルギーの関係を導出する。

(*) 化学熱力学では化学反応に対してエントロピーや自由エネルギーを計算する。

上では 「 力学、量子力学、電磁気学、熱力学 」 を中心に図示した。

これは 「 これらの科目をマスターしてから他分野に進め 」 という意味ではない。

他分野に進むために、これらの分野で必要な知識は高校レベルの内容で十分である。

あるいは、少し内容を補強する程度でよい。

上図では 「 量子場理論 」 と 「 量子化学 」 を直接につなぐ矢印は書き入れなかった。

ただし、これらが無関係であるという意味ではない。

例えば、量子分光化学において量子場理論に関する知識は有用である。

統計物理学に対応する分野として 「 化学統計熱力学 」 と呼ばれる分野がある。

ただし、両者に大きな違いがあるわけではない。

強いて言えば、化学統計熱力学では 「 分子の回転 」 などを議論することが多いかもしれない。

要するに、少し 「 分子 」 に関連した議論が多くなるだけである。

同様のことは 「 物性物理学 」 と 「 物性化学 」 などに対しても言える。

量子論において 『 水素の原子軌道 』 は基本的なテーマである。

ただし、その導出では割と多くの計算を必要とする。

よって、量子力学と量子化学の教科書には次のような傾向がある。

(1) 量子力学 : シュレディンガ方程式の基礎を解説し、水素の原子軌道を導く。

(2) 量子化学 : 水素原子のシュレディンガ方程式は解かず、結果だけを認めて分子軌道に進む。

むろん、これは傾向の話であって、明確な区分があるわけではない。

例えば、量子化学の参考書にも(1)が巻末などに掲載されていることはある。