2016年度 物理化学基礎特論   Basic Concepts of Physical Chemistry

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開講元
化学コース
担当教員名
河内 宣之  大島 康裕  木口 学  腰原 伸也  河合 明雄  北島 昌史  沖本 洋一 
授業形態
講義     
曜日・時限(講義室)
月5-6(H114)  木5-6(H114)  
クラス
-
科目コード
CHM.C401
単位数
2
開講年度
2016年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2016年12月14日
講義資料更新日
2016年5月27日
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

物理化学の基礎としての量子化学を概説し、原子・分子から分子集合系に至るまでの量子論に基づく物質観を身に着ける基盤を提供する。物質の物理化学的性質の基本である同種粒子の不可弁別性の原理とそれから導出されるパウリの原理を理解する。ついで分子の電子状態、構造、動的性質、光との相互作用について学ぶ。さらに、分子集合系の統計的な取扱いをふまえて、分子集合系の電子状態、電子的性質、金属、半導体等の概念を学ぶ。

到達目標

物理化学の基礎としての量子化学を修得し、原子・分子から分子集合系に至るまでの量子論に基づく物質観を身につける。具体的な項目は以下の通り:同種粒子の不可弁別性の原理とパウリの原理、分子のエネルギー構造と対応する分光学 (回転準位、振動準位、電子準位、スピン)、分子集合系のエネルギー状態、分子集合系の電子的性質、金属と半導体の特性。

キーワード

同種粒子の不可弁別性の原理、パウリの原理、分子構造、分子分光学、分子分配関数、状態密度、フェルミエネルギー

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

主題は5週ごとに変わります。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 パウリの原理再考(2粒子系) 2粒子系について、同種粒子の不可弁別性の原理から同種粒子の交換対称性を導出できるようになる。
第2回 パウリの原理再考(n粒子系) n粒子系について、同種粒子の不可弁別性の原理から同種粒子の交換対称性を導出できるようになる。
第3回 パウリの原理再考(ボゾンとフェルミオン) 量子的粒子がボゾンとフェルミオンに分類できることを理解できるようになる。
第4回 同種のボゾンn個からなる系の性質 同種のボゾンn個からなる系の性質を理解できるようになる。
第5回 同種のフェルミオンn個からなる系の性質とパウリの原理 同種のフェルミオンn個からなる系の性質を理解できるようになる。パウリの原理を証明できるようになる。
第6回 分子のエネルギー状態 (序論) 分子のエネルギー準位の階層性と、対応する光の波長領域について説明することができる。
第7回 分子のエネルギー状態 (回転準位の構造とマイクロ波分光) 直線分子の回転準位構造を定量的に示し、分子構造との関連を説明することができる。
第8回 分子のエネルギー状態 (振動準位の構造と赤外・ラマン分光) 分子の調和振動に関する準位構造を定量的に示し、赤外遷移の選択則を説明することができる。
第9回 分子のエネルギー状態 (電子状態の構造と可視・紫外・極端紫外分光) 分子の電子状態を分子軌道の概念を用いて説明し、電子状態の対称性を群論を用いて特定できる。
第10回 分子のエネルギー状態 (電子および核スピンと磁気共鳴) スピン角運動量を量子力学的に記述し、磁場との相互作用や複数のスピン間の相互作用を定量的に示すことができる。
第11回 熱統計力学の基礎 分子分配関数を説明できるようになる。
第12回 理想気体への統計力学の応用 理想気体の分子分配関数を説明できるようになる。
第13回 格子の比熱 格子の比熱を説明できるようになる。
第14回 固体の電子状態 1,2、3次元金属の状態密度を求めることができる。
第15回 電子比熱 電子比熱の温度依存性を説明できるようになる。

教科書

必要に応じて資料を配布する。

参考書、講義資料等

特にない。

成績評価の基準及び方法

原子・分子・分子集合系の量子力学に関わる基本的事項の理解の程度により評価する。
授業における演習等が10%、期末試験が90%の割合である。

関連する科目

  • CHM.C532 : 量子化学特論
  • CHM.C531 : 分子化学特論

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

量子化学の初歩的知識

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

河内宣之 nkouchi[at]chem.titech.ac.jp
大島康裕 ohshima[at]chem.titech.ac.jp
木口学 kiguti[at]chem.titech.ac.jp

オフィスアワー

メールで予約すること。
河内宣之 (西4号館508号室)
大島康裕 (西4号館105B号室)
木口学 (西4号館102B号室)

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