2022年度 | 量子化学基礎 A

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学士課程
大学院課程

2022年度　量子化学基礎 A Basic Quantum Chemistry A

文字サイズ小中大

開講元: 理工系教養科目

担当教員名: 山﨑優一

授業形態: 講義 (対面型)

メディア利用科目

曜日・時限(講義室): 火1-2(W641)

クラス: A

科目コード: LAS.C105

単位数: 1

開講年度: 2022年度

開講クォーター: 3Q

シラバス更新日: 2022年4月20日

講義資料更新日: -

使用言語: 日本語

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シラバス

講義の概要とねらい

　本講義では、現代化学の基礎となる量子化学の初歩を扱う。量子力学誕生に至る前期量子論を概観したあと、量子力学の基本的枠組みを説明する。その後、箱の中の粒子を取り上げて、古典力学と量子力学の違いを詳しく学ぶ。さらに水素原子、多電子原子を説明する。引き続き、分子の構造とエネルギー、および化学結合を議論する。　
　本学学生として必要な理工系基礎科目の一つとして、化学分野のうちの量子化学の基礎について講義する。本科目を通して、化学に関する知識、方法や考え方が修得できるようにする。

到達目標

本講義を履修することによって次の能力を修得する。
１）量子力学の基本的枠組みを説明できる。
２）元素の周期律を、原子中の電子の量子力学的状態に立脚して説明できる。
３）化学結合を、分子中の電子の量子力学状態に立脚して説明できる。
４）基本的分子の構造とエネルギーについて、分子軌道の概念を用いて説明できる。

キーワード

波動方程式、電子状態、パウリの原理、化学結合、原子・分子軌道

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

授業計画に従って、基本的に１回の授業で教科書１章分の内容を取り扱う。講義は、基本事項の説明、演習問題の解説および関連トピックの紹介からなる．担当教員の指示にしたがい、授業外の十分な予習・復習が必要である。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	量子力学誕生前夜－前期量子論　黒体放射、光電効果、水素原子の発光	教科書第I部1章を事前に読み、基本的な内容を理解する。関連した内容の演習問題。
第2回	量子力学の基本　演算子と物理量、ハミルトニアン	教科書第I部2章を事前に読み、基本的な内容を理解する。関連した内容の演習問題。
第3回	箱の中の粒子　古典力学と量子力学の比較	教科書第I部3章を事前に読み、基本的な内容を理解する。関連した内容の演習問題。
第4回	水素原子　１電子系のハミルトニアン、角運動量、波動関数とエネルギー準位	教科書第I部4章を事前に読み、基本的な内容を理解する。関連した内容の演習問題。
第5回	多電子原子　原子軌道、電子スピン、パウリの原理、電子配置、周期律	教科書第I部5章を事前に読み、基本的な内容を理解する。関連した内容の演習問題。
第6回	分子の構造とエネルギー I 　H2+イオン、分子軌道、軌道エネルギー	教科書第I部6章を事前に読み、基本的な内容を理解する。関連した内容の演習問題。
第7回	分子の構造とエネルギー II 　H2分子、分子軌道と結合性、混成軌道と分子の構造	教科書第I部7章を事前に読み、基本的な内容を理解する。関連した内容の演習問題。

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

理工系学生のための基礎化学　量子化学 2022年度版，東京工業大学理学院化学系編，化学同人

参考書、講義資料等

特になし．
T2SCHOLAで資料が提供される場合がある．

成績評価の基準及び方法

講義で説明した量子化学の基礎に関する事項を理解しているか，期末試験で評価する．詳細は担当教員が説明する．
期末試験は対面実施する．ただし，新型コロナウイルス感染拡大状況等により，期末試験の実施方法は変更の可能性がある．

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

特になし．

国立大学法人東京工業大学