2019年度 無機量子化学   Inorganic Quantum Chemistry

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開講元
材料系
担当教員名
矢野 哲司  松下 伸広 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
火5-6(S7-201)  金5-6(S7-201)  
クラス
-
科目コード
MAT.C201
単位数
2
開講年度
2019年度
開講クォーター
4Q
シラバス更新日
2019年5月9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

すべての元素を対象とする無機化学の特質と基礎知識の習得を目的とする.前半では,量子化学計算手法について,汎用ソフトウェアを用いながら手法の基礎について講義し,いくつかの無機化合物の計算を行いながら,手法の与える情報についての理解を深め,無機化合物の構造や性質が発現される原理について説明を与える.後半では,周期表と化学結合を基盤とした元素,化合物の比較と各論を講義し,セラミックスの科学と工学の基礎を与える.

到達目標

本授業を履修することにより、以下の知識を身に着けられることを目標とする。
量子化学計算手法の考え方と計算の実際について学習する。
種々の計算を実施し、結果と観測データとの比較を通して量子化学計算の意味を理解する。
量子化学計算の有用性と可能性について理解を深める。
周期表に現れる種々の元素についてその特徴を電子構造から理解する。
種々の元素が含まれる無機化合物の特徴とその性質について知識を得る。
無機化合物の持つ元素、構造の多様性の起源についての知識を得る。

キーワード

量子化学計算 化学結合 第一原理計算(ハートリーフォック法) 分子軌道 

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- - -

授業の進め方

無機化学について、前半後半の2部に分けて学習する。
前半では、無機化合物に現れる化学結合に関する知識について、量子化学計算ソフトを利用した実習を行いながら理解を深める。回毎に設定した学習対象について、解説と課題計算実習を組み合わせながら進めていく。
後半では、前半で学んだ持つ様々な軌道や化学結合に関する知識を確認すると共に、無機物質が持つ様々な組成、結晶構造およびそれらによってもたらされる物性について学ぶ。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 量子化学計算をはじめるにあたって シュレーディンガー波動方程式 原子軌道 固有エネルギー 量子数
第2回 量子化学計算の初歩 多体問題 一体近似 ハートリーフォック法 LCAO係数 つじつまの合う場の方法 スレーター則
第3回 原子から分子へ 原子軌道 分子軌道 基底関数 スレーター関数とガウス関数
第4回 分子の形を決める要因 分子軌道 混成 非共有電子対
第5回 原子核位置はどこにあるのか? 構造最適化の中身 構造最適化 初期配置
第6回 分光法(キャラクタリゼ―ション)との対応1 結合長 結合角 軌道エネルギー 仕事関数 光電子スペクトル 
第7回 分光法(キャラクタリゼ―ション)との対応2 分子振動 振動エネルギー 振動モード 赤外吸収 ラマン散乱
第8回 化学反応に対するアプローチ 遷移状態 化学反応
第9回 アルカリ、アルカリ土類元素の化学 電極材料、磁性材料、誘電材料
第10回 非金属元素の化学1 希ガス、
第11回 非金属元素の化学2 炭化物
第12回 酸素、カルコゲン、ハライド元素の化学 酸化物、硫化物、セレン化物
第13回 酸塩基、溶液の化学
第14回 遷移金属元素の化学 磁性材料
第15回 ランタノイド元素の化学 蛍光材料、超伝導材料

教科書

シュライバー・アトキンス「無機化学(上、下)」 東京化学同人(購入することを推奨します)および授業中に配布する資料

参考書、講義資料等

『無機化学』 斉藤太郎著 岩波書店
『無機化学』 平尾一之・田中勝久・中平敦著 東京化学同人
『詳説 無機化学』 福田豊ら 講談社サイエンティフィック

成績評価の基準及び方法

出席点,講義中に行う課題・小テストおよび期末試験で評価する.

関連する科目

  • MAT.C302 : 分光学
  • MAT.A203 : 材料量子力学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

量子力学、基礎無機化学に関する授業を履修していることが望ましい。

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