授業科目

基礎物理化学
Basic Physical Chemistry 

担当者

教授   松原 世明
前 木1
後 火2

単位

2

到達目標

 本講義の到達目標は、受講生が、①古典力学と異なる量子力学を理解するための量子論を理解すること、②シュレーディンガーの波動方程式とは何かを理解すること、③分子軌道とその相互作用を理解すること、である。本科目は、化学の物理化学分野の量子化学の基礎を身につけるための必修科目である。

授業内容

 自然事象の原点には、原子、分子の構造や性質が深く関与している。その原子、分子の構造や性質を理解するためには、まず量子の世界を理解しなければいけない。量子論の誕生に貢献した実験事実とそれらに対する考え方から、量子力学の基礎、さらに、原子の電子状態や分子軌道などの物理化学の基礎を学ぶ。

授業計画

1. シラバスの記載事項について確認し、物理化学分野の量子化学の基礎の全体像をつかむ。                    
2. 前期量子論(1) 黒体放射(空洞放射)、レイリー・ジーンズの式、プランクの式、プランクの量子仮説、光電効果、アインシュタインの光量子仮説、コンプトン効果
3. 練習問題1と解説
4. 前期量子論(2) 原子の内部構造、ラザフォードの原子モデル、水素原子の輝線スペクトル、リュードベリの式、ボーアの水素原子模型、ボーアの量子条件、ボーアの振動数条件
5. 前期量子論(3) 電子の二重性、ド・ブロイの物質波、ド・ブロイの式、不確定性原理、電子線回折
6. 練習問題2と解説
7. 量子力学の基礎(1) 波動関数、二重スリット実験、重ね合わせの原理、波束の収縮、ボルンの解釈、複素数の波
8. 量子力学の基礎(2) 量子力学の基本公理、シュレーディンガーの波動方程式、規格化、井戸型ポテンシャル
9. 量子化学の基礎(1) 水素原子の波動関数と電子のエネルギー、多電子原子の電子状態、遮蔽効果、パウリの排他原理、フントの規則、電子配置と周期律、イオン化エネルギーと不電子親和力
10. 量子化学の基礎(2) 共有結合、原子軌道、分子軌道、AOの一次結合、MOダイアグラム、水素分子
11. 量子化学の基礎(3) 等核二原子分子、結合次数、結合長、結合エネルギー、異核二原子分子、双極子モーメント、混成軌道
12. 練習問題3と解説
13. 量子化学の基礎(4)イオン結合、電気陰性度、イオン性、分子間相互作用、ファンデルワールス力(配向力、誘起力、分散力)、レナード•ジョーンズのポテンシャル、水素結合
14. 練習問題4と解説、全体のまとめ

 「dotCampus」にアップロードされた講義資料と使用書で予習すること。我々の世界からかけはなれた量子の世界を理解するには、講義を聴講するだけでは難しい。復習することで、自分で量子の世界のイメージを作ることが大切である。また、参考書を活用し、理解を深めるとともに確実なものにしてほしい。

授業運営

 パワーポイントも用いながら講義形式で行う。理解を深めるための練習問題や授業の最後にまとめの課題も行う。

評価方法

 練習問題とまとめの課題(30%)と期末試験(70%)をもとに評価を行う。正しい解答が得られているかどうかはもちろんであるが、解答に到達するまでの論理的プロセスやそのように解答するに至った根拠や理由の議論展開によって評価する。

オフィスアワー

 金曜日の13:30以降(セミナーや会議等の時間を除く)、6号館219室。なお、質問などは講義後にもその場で受け付ける。

使用書

原公彦、米谷紀嗣、藤村陽『ベーシック物理化学』[化学同人]2008
使用書以外に講義資料を配付する。

参考書

P. W. Atkins、J. de Paula、R. Friedman『アトキンス 物理化学』第8版[東京化学同人]2009
友田修司『基礎量子化学―軌道概念で化学を考える』[東京大学出版会]2007
上記以外に随時紹介する。

Copyright© 2017 Kanagawa University. All Rights Reserved.