科目名[英文名]
量子化学Ⅰ   [Quantum ChemistryⅠ]
区分	工学部専門科目等	選択必修		単位数	2
対象学科等		対象年次	2～4	開講時期	1学期
授業形態	1学期	時間割番号	022206
責任教員 [ローマ字表記]
熊谷 義直   [KUMAGAI Yoshinao]
所属	工学部	研究室	1N-101	メールアドレス

概要

扱う対象がナノレベルになると、量子論的な考え方が極めて重要になる。本講義では量子力学の誕生から始まって、電子の波動性、Schrodingerの波動方程式の導出と検証を経て、水素類似原子、分子の中の電子の振る舞いを学ぶ。 量子論をベースとした化学結合や反応の解析に慣れることにより、以後の専門性の高い化学の科目の理解に役立つようになる。本科目の内容は特に量子化学Ⅱにおいては基礎となる。

到達基準

化学現象を真に理解し応用するためには、物質を構成する原子・分子および電子の量子力学的な振る舞いを理解する必要がある。本講義では、従来までの古典物理学的な考え方を離れ、量子論的な考えで現代化学に取り組むことができるようになる第一歩を踏み出すことを目的とします。 本科目のディプロマ・ポリシーの観点：(B)

授業内容

第1回　ガイダンス 第2回　原子・分子の世界：目で見たり、体感することのできない原子・分子の世界の主役となる電子の振る舞いについて学ぶ。 第3回　化学結合：ポテンシャルエネルギー面に閉じ込められた電子のエネルギーが飛び飛びの値をとることを定性的に理解し、なぜ原子と原子が結合するのかを考える。 第4回　Newton力学から量子力学へ：Newton力学から量子力学の展開に至る重要な実験事実を眺め、エネルギー状態の不連続性、光の粒子性、物質の波動性について学ぶ。 第5回　量子力学への発展（1）：物質波の考え方からスタートし、Schrodingerの波動方程式を導出する。 第6回　量子力学への発展（2）：不確定性原理について学び、電子の動きを量子力学的に観測することの物理的意味や、Schrodingerの波動方程式の物理的解釈について考える。 第7回　波動方程式の検証：簡単な系に対してSchrodingerの波動方程式を実際に解き、得られる解を検討する。 第8回　原子の中の電子：水素類似原子について考え、量子数について学ぶ。 第9回　軌道エネルギーと周期律：複数の電子を有する実際の原子の中の電子のつまり方について学び、周期律を理解する。 第10回　分子の中の電子（1）：化学結合について、実際に波動方程式を用いて計算できるのかどうかを考える。波動方程式を解くための近似法を検討する。 第11回　分子の中の電子（2）：永年方程式を解き、分子軌道について結合性軌道と反結合性軌道が形成されることを理解する。 第12回　複雑な分子の化学結合：混成軌道の考えを取り入れ、より複雑な分子の化学結合を考えてみる。 第13回　結合の振動：調和振動子について学び、結合の振動と赤外線吸収について理解する。 第14回　化学反応の進行：ポテンシャルエネルギー曲面の考え方を紹介し、化学反応の活性化エネルギーがなぜ生じるのか、また反応の予測について考える。 第15回　第1回〜第14回のまとめ 最終試験

履修条件・関連項目

学科専門基礎科目の物理学系科目に区分される。 授業時間30時間に加え、講義ノートや参考書を参照し、本学の標準時間数に準ずる予習と復習を行うこと。

テキスト・教科書

特に無し。

参考書

「量子化学」のタイトルを有する書物が図書館に多数ある。

成績評価の方法

最終試験の結果で100%評価する。

教員から一言

感覚的に理解できない量子力学に最初は戸惑うことと思いますが、理解に努めてください。わからない箇所は質問や多くの本を読んで理解してください。

キーワード

原子構造　波動関数　不確定性原理　水素類似原子　分子軌道

オフィスアワー

毎週月曜日午後5時から6時まで、場所：新1号館N101号室

備考１

備考２

参照ホームページ

http://www.tuat.ac.jp/~kumagai/

開講言語

日本語

語学学習科目

更新日付

2019/03/19 20:04:32