2020年度 反応物理化学   Chemical Kinetics

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開講元
化学系
担当教員名
北島 昌史  腰原 伸也 
授業形態
講義
メディア利用
Zoom
曜日・時限(講義室)
月1-2(H137)  木1-2(H137)  
クラス
-
科目コード
CHM.C334
単位数
2
開講年度
2020年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2020年9月18日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

 衝突(反応)断面積なる概念を整理した後、古典力学における衝突の扱い方を学ぶ。分子間ポテンシャルに基づいて入射粒子の軌道の特徴を把握する。さらにラザフォード散乱を例にとって微分衝突断面積を導出する。その後、量子力学に移行する。まず波動方程式の解に束縛解と非束縛解があることを学び、衝突(反応)を表現するのは非束縛解であることを知る。その上で、衝突断面積を導出する手法を修得する。最後に断面積の導出において広く用いられるベーテ近似を学ぶ。
 本講義により、反応を力学の問題として理解するための処方箋を身につける。

到達目標

衝突(反応)断面積の立場から化学反応を議論する処方箋を身につける。具体的なテーマとしては以下の通り:弾性衝突と非弾性衝突、全衝突断面積と部分衝突断面積、反応速度定数と反応断面積の関係、微分衝突断面積、古典力学における衝突(反応)、量子力学における衝突(反応)

キーワード

衝突断面積、微分断面積、弾性衝突と非弾性衝突、相互作用ポテンシャル、軌道、二体問題、束縛解と非束縛解、散乱振幅、ベーテ近似

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

最初に化学反応を原子分子衝突の観点から考察し、続いて古典力学に基づく衝突、量子力学に基づく衝突について進めます。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 化学反応と原子分子衝突 化学反応と原子分子衝突の関係を理解できるようになる。
第2回 原子分子衝突(1)-エネルギー保存則と衝突 エネルギー保存則に基づき衝突を分類できるようになる。
第3回 原子分子衝突(2)-反応断面積と反応速度定数(復習) 反応断面積と反応速度定数の関係を理解できるようになる。
第4回 原子分子衝突(3)-微分断面積と相互作用 微分断面積と二体相互作用の関係を理解できるようになる。
第5回 古典論による衝突(1)-分子間ポテンシャルと衝突の軌道 衝突の軌道が分子間ポテンシャルによって支配されることを理解する。
第6回 古典論による衝突(2)-古典的な衝突と衝突断面積 クーロン力による中心力が働く場合の衝突を古典力学により理解し、その衝突断面積を求める。
第7回 量子力学における2体問題(重心運動と相対運動の分離) 全系の波動方程式が重心の運動と相対運動に分離できることを理解する。
第8回 量子力学における2体問題(角座標と動径座標の分離) 相対運動の波動方程式が角度部分と動径部分に分離できることを理解する。
第9回 量子力学における2体問題(束縛解と非束縛解) 波動方程式の解に束縛解と非束縛解の二種類があることを理解する。
第10回 確率の流れの密度 確率の流れの密度の概念を理解できるようになる。
第11回 量子力学で衝突断面積求めるやり方(全系の波動関数を標的原子の固有関数で展開する) 全系の波動関数を標的原子の固有関数で展開するやり方を理解できるようになる。
第12回 量子力学で衝突断面積求めるやり方(無限遠方での漸近形) 衝突系の波動関数の無限遠方での漸近挙動を説明できるようになる。
第13回 量子力学で衝突断面積求めるやり方(微分断面積を求める) 第11回と第12回の講義に基づき微分断面積を求めることができるようになる。
第14回 総括 学んだ各項目を簡単に要約する。

授業時間外学修(予習・復習等)

学修効果を上げるため,教科書や配布資料等の該当箇所を参照し,「毎授業」授業内容に関する予習と復習(課題含む)をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

テキストを配布する。

参考書、講義資料等

高柳和夫、電子・原子・分子の衝突(改訂版)、新物理学シリーズ10、培風館

成績評価の基準及び方法

期末試験およびレポート課題(複数)により評価する。基本的事項の理解及びその問題適応力を試す。
レポート25%
期末試験 75%

関連する科目

  • CHM.C301 : 反応物理化学序論
  • CHM.C201 : 量子化学序論
  • CHM.C332 : 量子化学
  • CHM.C303 : 反応物理化学序論演習

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

反応物理化学序論(CHM.C301 )及び反応物理化学序論演習(CHM.C303)の単位を取得しておくことが望ましい。

連絡先(メール、電話番号)    ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

北島昌史 mkitajim[at]chem.titech.ac.jp

オフィスアワー

メールで予約すること。
北島昌史(西4号館503号室)

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