- 担当教員
- 石川 謙
- 使用教室
- 木3-4
- 単位数
- 講義：2 演習：0 実験：0
- 講義コード
- 1644
- シラバス更新日
- 2005年9月20日
- 講義資料更新日
- 2005年9月20日
- 学期
- 後期 / 推奨学期：-
講義概要
この授業は、東工大２類（材料系）の１年次を対象とした理系基礎科目の化学第２である。東工大の材料系には、金属工学科、有機材料工学科、無機材料工学科の３学科があり、２類に所属した学生は２年次でいずれかの学科に進学する。各学科の研究内容等は学科のＨＰ等を見ていただくとして、いずれの学科に進学しても必要かつ重要な知識である「量子化学」を扱う。量子化学というのは、量子力学という、前世紀の初めに生まれた学問体系を用いて物質の成り立ちを理解する学問である。もちろん、この授業だけで量子化学の全てを伝えることなど不可能で、この授業はあくまでも「量子化学入門」という位置づけになる。
授業の内容は大きく３つに分かれる。まず最初は、なんで量子力学が必要かということと、量子力学の概念の理解だ。続いて、量子力学の基本的な方程式を具体的な例にあてはめて、どうなっているのかを調べる。そして、最後に水素原子に量子力学をあてはめて、原子の成り立ちを理解する。なお、２年次の物理化学において分子の成り立ちなどこの授業の続きを扱うことになる。また、学科により２年もしくは３年で、量子力学の知識を前提とした固体物理関連の授業が行われている。
というわけで、この授業は、「化学」という表題ではあるけれども高校のイメージで言うと「物理」に近いものになる。高校までの化学（特に合成など）が好きなひとには申しわけないが、化学を基礎から理解しようと思ったら避けて通れない道筋だと考えて欲しい。
なお、一昨年以前の授業ノートは
http://www.op.titech.ac.jp/lab/Take-Ishi/html/ki/
に掲載されているので合わせて参考にされたい。
講義の目的
授業の予定を示します。とはいえ、授業は生もので、質問が活発にくると、遅れ気味になります。変動が生じることは（良いか悪いかは別として）ご了承下さい。OCWシステムの都合上、各回の授業ノートを掲載していますが（掲載したふりをしないと登録できない）、これは昨年度のものです。授業内容は基本的にはそれほど変わりませんので、これらの授業ノートは予習用に活用してください。
なお、一昨年以前の授業ノートについては
http://www.op.titech.ac.jp/lab/Take-Ishi/html/ki/
をご覧下さい。
その回の授業が終了してから１週間程度以内に改訂版のノートを掲載する予定でいます。
講義計画
１回目
量子力学の必要性：水素原子を例にとって材料科学を研究する上での量子力学の必要性を議論します。その後、教科書の例示の中で、黒体放射を説明します。おそらく、黒体放射の説明の途中で時間切れになるはずです。
２回目
前回に引き続き古典力学の困難です。黒体放射を終わりにして、光電効果、電子線回折の話をすませて波と粒子の二重性という概念を提示したいと思っています。運が良ければこの日に波動関すが出てきます。
３回目
３回目は、波動関数になれることを考えて、運動エネルギーや運動量との関係などの話をします。
４回目
波動関数の確率解釈・量子論の枠組みなどの話の予定です。１１章はここで終わりです。
５回目
自由空間と井戸型ポテンシャル中での粒子の話です。
６回目
井戸型ポテンシャルの２次元への拡張です。縮退の話が出てきます。３次元の図示を予定しています。
７回目
トンネル効果と調和振動子の予定です。
８回目
回転運動に入ります。周期的境界条件を少し念入りにやってみようかと思っています（井戸型との比較をした方がよいかもしれない）。３次元に一部入ります。
９回目
中間テスト（テスト範囲は回転運動の前まで）です。この日は放送はありません。
１０回目
３次元の回転です。ここで、一通り１２章は終わりです。
１１回目
スピンの話と水素原子です。
１２回目
多電子原子に入ります。パウリの排他律とスピン相関という難しい概念が出てきます。
１３回目
多電子原子の構造の話です。例年、時間に追われて、はしょりかけるのですが、ことしは、次の回も含めて丁寧にできたらと思っています。
１４回目
多電子原子のスペクトルの話と全体の総括です
２月テスト期間中
期末テスト（テスト範囲は回転運動以降に重点がおかれるが、その前も含まれる
教科書・参考書等
教科書はアトキンス物理化学（第６版）上です。
成績評価
成績評価は中間テストと期末テストにより行います。
その他
毎授業後にオフィスアワーを設定するとともに質疑応答用のＭＬを開設いたします。
