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 授業科目
 Course Title
構造化学特論
Advanced Structural Chemistry
 担当者
 Instructor
教授   河合 明雄  後学期 金曜日2時限
 単 位
 Credit
2

関連するディプロマポリシー Related Diploma Policy
自立した良識ある市民としての判断力と実践力/Judgment and practical ability as an independent citizen of sound sense
時代の課題と社会の要請に応えた専門的知識と技能/Expert knowledge and skills to address the issues of the age and the demands of society
 
到達目標 Target to be Reached
本講義では、分子の運動状態や電子状態、化学結合に関する事項を中心に、化学物質の分子構造やエネルギー構造に対する量子論を習得する。またこれらの問題を調べる上で大切な分光学的な観測法についても習得する。さらには、様々な分光計測法と量子化学の知識を用いて化学反応の仕組みを説明する能力も身につける。

By learning basic quantum chemistry for molecular energies such as rotation, vibration and electronic energies, students understand the relation between chemical properties and molecular structure including energy level structures. Students also learn various spectroscopic methods, which are important to know these structural issues. Moreover, students will be able to explain chemical reaction dynamics in the light of molecular spectroscopy and quantum chemistry.

 
授業内容 Course Content
化学物質の諸性質を調べるためには、その基本構成単位である原子や分子の量子状態について理解し、その情報を得るための分光計測法に関する知識を身に付けている必要がある。本講義の前半では、化学にとって大切な分子の量子論として、回転、振動、電子およびスピン状態の扱いについて解説し、これらを観測する分光法を紹介する。後半では、分子の構造が時間変化する系として化学反応を題材とし、分光計測によって解明されてきた化学反応の仕組みを解説する。また、分子一個に対する分光計測を紹介し、最先端の分子構造計測について概説する。

To know various chemical properties of molecules, their molecular structures including energy level structures are important. This course focuses on quantum mechanical view of chemical substances such as molecular rotation, vibration, spin, electronic structures and chemical bonds as well as spectroscopic studies on these quantum states. Besides, some experimental methods, in particular, molecular spectroscopic methods are introduced to understand how these molecular and energy level structures were investigated. Some advanced spectroscopic studies on chemical reactions and single molecule observations are also presented.
 
授業計画 Course Planning
予習として日程表(別紙参照)の該当項目を読んでくること、わからない用語について考え調べてくることが必要である。復習としては、各回の用語について自分の言葉で簡潔にまとめ、講義全体の流れを理解する。また、演習問題を自ら解くことで、学んだことの実践力を養うことが不可欠である。

1.分子のエネルギー(1) 並進・回転状態の量子論
2.分子のエネルギー(2) 振動・電子状態の量子論
3.分子のエネルギー(3) 電子と核スピンの量子論
4.光吸収と発光現象  アインシュタインの光吸収発光理論、時間摂動論
5.分子構造と回転状態   マイクロ波分光
6.分子変形と振動状態   赤外分光、ラマン分光
7.化学結合と電子状態   可視・紫外分光
8.光化学(1)  励起状態の物理緩和過程
9.光化学(2)  化学反応
10.化学反応における構造変化(1)  高速時間分解分光、反応速度計測
11.化学反応における構造変化(2)  遷移状態の理論と分光
12.電子スピンの化学 磁気共鳴による反応計測
13.単一分子の構造と分光(1)    蛍光分光
14.単一分子の構造と分光(2)    超高解像度蛍光顕微分光

Students learn the subjects as follows.
Students must familiarize themselves with topics described in the required learning section before coming to class. Students are encouraged to study some exercise problems relating to each subject.

1.Molecular energy (1) Quantum states for translation and rotation motions
2.Molecular energy (2) Quantum states for vibration and electronic motions
3.Molecular energy (3)  Quantum states for electron and nuclear spins
4.Light absorption and emission  
Einstein's theory for radiation, Time dependent perturbation theory
5.Molecular structure and rotation state   Microwave spectroscopy
6.Molecular vibration   IR and Raman spectroscopies
7.Chemical bond and electronic state   UV/VIS electronic spectroscopy
8.Photochemistry (1)  Physical relaxation of the excited state
9.Photochemistry (2)  Chemical reaction of the excited state
10.Structural change in chemical reaction (1)  Time resolved spectroscopy, Reaction rate
11.Structural change in chemical reaction (2)  Transition state theory and spectroscopy
12.Electron spin in chemical reaction Magnetic resonance spectroscopy
13.Single molecule spectroscopy (1)    Fluorescence measurements
14.Single molecule spectroscopy (2)    Ultra spatial resolution spectroscopy

 
授業運営 Course Management
全て講義形式による。 原則として英文での資料を配布し、パワーポイントと板書で講義する。
適宜、講義時間内で演習を行なう。

本講義は、原則として隔年で英語と日本語開講する。ただし、履修者の状況に応じ、
言語は適切なものを選んで行なう。

All classes are given by lectures with powerpoint presentation along with blackboard writing.
Some notes related to the lecture will be supplied at each class.
At the beginning of each class, subjects of the previous class are reviewed briefly.
Towards the end of class, students are given exercise problems related to what is taught on that day to solve.


 
評価方法 Evaluation Method
評価方法
定期試験(70%)と講義での演習レポート(30%)により評価する。
試験での持ち込みは不可。

Final exam (70%) and exercises at each class (30%)
Final exam is a closed book exam.

 
オフィスアワー Office Hour (s)
メール(板書)で予約をして研究室(2号館237室)を訪問すること。

After making an appointment by email, visit room 2-237.

 

参考書 Book (s) for Reference
アトキンス『物理化学(上下)第8版』[東京化学同人]2009
P.W.Atkins『Physical Chemistry』[Oxford University Press]

 
 
 
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