2021年度 量子化学基礎 D   Basic Quantum Chemistry D

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開講元
理工系教養科目
担当教員名
小松 隆之 
授業形態
講義    (ZOOM)
曜日・時限(講義室)
火1-2(H103)  
クラス
D
科目コード
LAS.C105
単位数
1
開講年度
2021年度
開講クォーター
3Q
シラバス更新日
2021年3月19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

 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。

実務経験のある教員等による授業科目等

該当する 実務経験と講義内容との関連(又は実践的教育内容)
本講義は,化学系企業において⽣産管理の実務経験を持つ教員がその実務経験を活かし、化学反応により製品を省エネルギーかつ安全に製造するためには、基礎化学の学習が重要であることを理解できるような教育を⾏う。

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・化学熱力学 2021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

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.

関連する科目

  • LAS.C110 : 化学実験第一
  • LAS.C112 : 化学実験第二

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

特になし.

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