大学院生
  1. 物理化学  1.1. 熱力学  1.1.1. 熱力学の法則  1.1.2. エンタルピーと熱容量  1.1.3. エントロピーと自由エネルギー  1.1.4. 相平衡  1.1.5. 統計熱力学  1.1.6. 熱力学サイクル  1.1.7. フガシティと活量  1.2. 量子化学  1.2.1. 量子力学の原理  1.2.2. シュレディンガー方程式  1.2.3. ボックス内の粒子  1.2.4. 演算子と固有値  1.2.5. 原子軌道  1.2.6. 分子軌道理論  1.2.7. 摂動論  1.2.8. 原子価結合法  1.2.9. 混成と化学結合  1.3. 化学反応速度論  1.3.1. 速度式と反応メカニズム  1.3.2. 衝突理論  1.3.3. 遷移状態理論  1.3.4. 酵素動力学  1.3.5. 連鎖反応と重合  1.3.6. 光化学反応  1.4. 統計力学  1.4.1. 分配関数  1.4.2. 分子分布関数  1.4.3. ボルツマン分布  1.4.4. ボース＝アインシュタイン統計とフェルミ＝ディラック統計  1.5. 分光法  1.5.1. Rotational Spectroscopy  1.5.2. 振動分光法  1.5.3. 電子分光法  1.5.4. 核磁気共鳴分光法  1.5.5. 質量分析法  1.5.6. ラマン分光法  1.5.7. 電子常磁性共鳴分光法  1.6. 表面化学とコロイド化学  1.6.1. 吸着等温線  1.6.2. 表面張力と湿潤性  1.6.3. コロイド安定性  1.6.4. 触媒作用  1.6.5. エマルジョンとミセル  1.7. 電気化学  1.7.1. ネルンストの式  1.7.2. 電気化学セル  1.7.3. 電気伝導率と移動度  1.7.4. 腐食  1.7.5. Fuel cells  1.7.6. 電気分解
  2. 有機化学  2.1. 反応機構  2.1.1. 求電子置換反応  2.1.2. 求電子付加反応  2.1.3. 脱離反応  2.1.4. 転位反応  2.1.5. ラジカル反応  2.1.6. ペリ環式反応  2.2. Spectroscopy and structural determination  2.2.1. UV-Vis 分光法  2.2.2. 赤外分光法  2.2.3. NMR分光法  2.2.4. 質量分析  2.2.5. X線結晶構造解析  2.3. 立体化学  2.3.1. キラリティーと光学活性  2.3.2. 構造解析  2.3.3. 幾何異性体  2.3.4. 動的立体化学  2.4. 有機金属化学  2.4.1. 有機リチウムおよび有機マグネシウム試薬  2.4.2. パラジウム触媒を用いたクロスカップリング反応  2.4.3. 遷移金属錯体  2.4.4. 金属-炭素結合  2.5. Polymer chemistry  2.5.1. Polymerization mechanism  2.5.2. ポリマーの特性  2.5.3. 生分解性ポリマー  2.5.4. 導電性ポリマー  2.5.5. 超分子ポリマー  2.6. 医薬品化学  2.6.1. 薬物設計と開発  2.6.2. 薬物動態学と薬力学  2.6.3. 構造-活性相関  2.6.4. 分子ドッキングとドラッグスクリーニング
  3. 無機化学  3.1. 配位化学  3.1.1. 結晶場理論  3.1.2. 配位場理論  3.1.3. スペクトロ化学系列  3.1.4. キレートと安定性  3.2. 有機金属化学  3.2.1. 金属カルボニル  3.2.2. Catalysis by organometallic complexes  3.2.3. メタロセン  3.3. 生物無機化学  3.3.1. メタロプロテインと酵素  3.3.2. 生物システムにおける金属の役割  3.3.3. 金属イオンの輸送と貯蔵  3.4. 固体化学  3.4.1. 結晶構造  3.4.2. 固体のバンド理論  3.4.3. 超伝導体  3.4.4. 結晶の欠陥  3.5. ランタノイドとアクチノイド  3.5.1. ランタニドとアクチニドにおける電子配置  3.5.2. ランタニドの配位化学  3.5.3. ランタニドの磁気特性
  4. 分析化学  4.1. クロマトグラフィー  4.1.1. Gas Chromatography  4.1.2. 高速液体クロマトグラフィー  4.1.3. 薄層クロマトグラフィー  4.2. 分光技術  4.2.1. 原子吸光分析法  4.2.2. X線回折  4.2.3. 誘導結合プラズマ分光法  4.3. 電気分析法  4.3.1. 電位差測定法  4.3.2. ボルタメトリー  4.3.3. クーロメトリー  4.4. 質量分析  4.4.1. イオン化技術  4.4.2. フラグメンテーションパターン  4.5. ケモメトリックス  4.5.1. 学際的分析  4.5.2. 化学における機械学習
  5. 理論および計算化学  5.1. 分子動力学シミュレーション  5.1.1. 力場とエネルギー最小化  5.1.2. 分子動力学シミュレーションにおけるモンテカルロシミュレーション  5.2. 量子化学的方法  5.2.1. ハートリー–フォック理論  5.2.2. 密度汎関数理論  5.2.3. 半経験的方法  5.3. 計算薬剤設計  5.3.1. 分子ドッキング  5.3.2. QSARモデリング  5.3.3. バーチャルスクリーニング
  6. 生化学  6.1. 酵素動力学  6.1.1. Michaelis-Menten kinetics  6.1.2. 阻害メカニズム  6.2. 代謝と生体エネルギー学  6.2.1. 解糖系  6.2.2. クエン酸回路  6.2.3. 電子伝達系  6.3. 分子生物学  6.3.1. DNAの複製と修復  6.3.2. タンパク質合成  6.3.3. 遺伝子調節  6.4. 構造生化学  6.4.1. タンパク質フォールディング  6.4.2. 膜生物物理学
  7. 環境化学  7.1. 大気化学  7.1.1. 温室効果ガス  7.1.2. オゾン層の破壊  7.1.3. 大気汚染物質とスモッグ  7.2. 水の化学  7.2.1. pHと水硬度  7.2.2. 廃水処理  7.2.3. 水化学  7.3. 土壌化学  7.3.1. 重金属汚染  7.3.2. 土壌のpHと緩衝作用  7.3.3. 栄養素循環  7.4. 毒性学と化学的安全性  7.4.1. トキシコキネティクス  7.4.2. 環境化学における毒物学および化学物質安全性のリスク評価  7.4.3. 汚染物質が環境に与える影響

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大気化学


大気化学は、地球の大気の化学組成とその中で起こる反応に焦点を当てた環境化学の一分野です。大気はガス、エアロゾル、および懸濁粒子の複雑な混合物であり、地球上の生命を支える上で重要な役割を果たしています。大気化学を理解することは、空気汚染、気候変動、オゾン層の枯渇に関連する課題に対処するために不可欠です。

大気の成分

大気は主に窒素 ( N 2 ) と酸素 ( O 2 ) で構成されており、これらは大気の体積の約99%を占めています。他の重要なガスには以下のものがあります:

  • アルゴン ( Ar )
  • 二酸化炭素 ( CO 2 )
  • メタン ( CH 4 )
  • 亜酸化窒素 ( N 2 O )
  • オゾン ( O 3 )
  • 水蒸気 ( H 2 O )

これらのガスは、大気のプロセスに異なる影響を与えます。たとえば、二酸化炭素とメタンは温室効果ガスであり、熱を閉じ込め、温室効果および気候変動に寄与します。

大気中の化学反応

大気中では多くの化学反応が起こり、その多くは日光の存在によって駆動されます。これらの反応には、しばしばラジカルが関与します。ラジカルは、対になっていない電子を持つ非常に反応性の高い分子です。

光化学反応

大気化学における最も重要な反応の1つは、日光によって引き起こされる光化学反応です。その例が成層圏でのオゾンの生成です:

O 2 + Hv → 2O
O + O 2 → O 3

これらの反応では、紫外線 (UV) が分子状酸素を個々の酸素原子に分解し、これが他の酸素分子と反応してオゾンを形成します。このオゾン層は有害な紫外線から地球の表面を保護するのに不可欠です。

紫外線 O 2 → O + O O + O 2 → O 3

大気汚染

大気汚染は、有害な物質が大気中に放出されることで生じ、人間の健康、生態系、気候に悪影響を及ぼします。一般的な大気汚染物質には以下のものがあります:

  • 二酸化硫黄 ( SO 2 )
  • 窒素酸化物 ( NO および NO 2 )
  • 粒子状物質 (例: PM 2.5 および PM 10 )
  • 一酸化炭素 ( CO )
  • 揮発性有機化合物 (VOCs)

例: 酸性雨の形成

酸性雨は、大気汚染の結果として生じます。これは、二酸化硫黄と窒素酸化物が、水蒸気と酸素の存在下で反応して硫酸および硝酸を形成することによって生成されます:

2SO 2 + 2H 2 O + O 2 → 2H 2 SO 4
4NO 2 + 2H 2 O + O 2 → 4HNO 3

これらの酸は地表に蓄積し、湖や土壌を酸性化し、野生生物に被害を与えるなどの環境被害を引き起こします。

SO 2 + H 2 O + O 2 → H 2 SO 4

気候変動と温室効果

温室効果は、地球の大気中の特定のガスが熱を閉じ込め、生命が存在できるほど温暖に保つ自然現象です。しかし、人間の活動がこの効果を悪化させ、温室効果ガスの濃度を増加させることで、地球温暖化と気候変動を引き起こしています。

主要な温室効果ガス

  • 二酸化炭素 ( CO 2 )
  • メタン ( CH 4 )
  • 亜酸化窒素 ( N 2 O )
  • 水蒸気 ( H 2 O )
  • オゾン ( O 3 )

これらのガスは地球の表面から放出される赤外線を吸収し、それを反射して熱が宇宙に逃げるのを防ぎます。

日光 地球の表面 赤外線

二酸化炭素は化石燃料の燃焼によって放出され、メタンは農業活動や有機廃棄物の分解で生成されます。亜酸化窒素は肥料やその他の源から放出されます。

オゾン層の減少

成層圏に位置するオゾン層は、太陽の有害な紫外線を吸収するのに重要です。しかし、この保護層は人間の活動によって劣化しています。

CFCsの役割

クロロフルオロカーボン (CFCs) は、冷媒や推進剤として広く使用されていましたが、オゾン層を破壊することが発見されました。CFCsが大気中に放出されると、最終的に成層圏に到達し、そこでUV放射により分解され、塩素原子を放出します:

CFCl3 + UV → CFCl2 + Cl

これらの塩素原子はオゾン分子の破壊を促進します:

Cl + O 3 → ClO + O 2
2ClO + O → 3Cl + O 2

このサイクルは続き、各塩素原子は数千のオゾン分子を破壊することができます。

CFC + UV放射 → Cl Cl + O 3 → ClO + O 2

測定と監視

大気の組成を監視することは、変化とその影響を理解する上で重要です。衛星観測、地上ベースの監視ステーション、空中サンプリング法など、さまざまな技術が使用されています。

例技術: リモートセンシング

リモートセンシングとは、衛星を使用して宇宙から大気中のガスのデータを収集することです。これらの衛星は、地球の表面や大気からの太陽光スペクトルや放射を測定する機器を使用し、さまざまなガスの濃度を決定することができます。

これらの測定を分析することで、研究者は温室効果ガスのレベルの傾向、オゾン濃度、および空気中の汚染物質の分布を世界的に追跡できます。

結論

大気化学は、環境科学におけるダイナミックで重要な研究分野です。この分野は、大気中の化学プロセスが地球の気候、空気の質、生態系にどのように影響を与えるかを理解するのに役立ちます。世界的な環境課題に直面する中、大気化学の知識は、私たちの環境の変化に対応し、適応するための戦略を策定するうえで重要です。


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