授業科目

基礎物理化学
Basic Physical Chemistry 

担当者

教授   河合 明雄
後 火2

単位

2

到達目標

本講義では、原子および分子の電子状態や、簡単な分子の化学結合を題材にし、化学物質に対する量子論による取り扱い方を学ぶ。具体的には、Schrödingerの波動方程式を用いた波動関数や分子軌道、エネルギーなどの計算法を習得し、これを用いて分子のいくつかの性質を説明する演習を行なう。これらの学習を通し、原子や分子の諸性質を量子論に基づいて解釈、説明できる能力を身につける。

授業内容

化学物質の諸性質を理解するためには、その基本構成単位である原子や分子について、量子論に基づいた電子状態の概念を身に付けることが重要である。量子論が生み出された歴史の概説からはじめ、量子論の基礎の解説から、原子・分子の諸問題への応用までを講義する。随所で、実験事実を量子論で説明する演習を行ないながら、量子論の考え方の深い理解を促す。

授業計画

予習として各回の該当ページを読んでくること、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 物質のなりたちとエネルギー
   ミクロな粒子の誕生、分光実験と物質の発見・分析、黒体放射
2 ミクロな粒子の振る舞い
   光の波動性に反する光電効果、光量子仮説、電子の波動性と電子回折、物質波、不確定性原理
3 原子に対する前期量子論(1)
   原子の発光スペクトル、原子の内部構造の観測、微小粒子による散乱実験、原子モデル
4 原子に対する前期量子論(2)
   水素原子中の電子の運動、ボーアモデルでの電子軌道とエネルギー、水素原子における電子の定在波
5 Schrödingerの波動方程式
   ボーアモデルの問題点、Schrödingerの波動方程式の例、波動関数と量子数、演算子と固有関数
6 水素原子中の電子に対するSchrödingerの波動方程式
   水素原子の波動関数とエネルギー、波動関数の形、波動関数と電子存在確率
7 多電子原子(1)
   多電子原子の波動関数とエネルギー、他の電子による遮蔽効果と波動関数の近似、電子スピン、Pauliの原理
8 多電子原子(2)
   電子配置と構成原理、元素の周期律、イオン化エネルギー Hundの規則
9 1電子の二原子分子(1)
   水素分子イオン、ポテンシャル曲線、分子軌道法(LCAO近似、波動関数の対称性と規格化、エネルギー期待値、
   クーロン積分と共鳴積分
10 1電子の二原子分子(2)
   結合性軌道と反結合性軌道、電子の非局在化(共鳴)と共有結合、σ軌道とπ軌道
11 多電子の二原子分子
   等核二原子分子の電子配置と結合次数、HFの電子状態とイオン結合の割合
12 多原子分子(1)
   分子の構造と対称性、直線や平面分子の混成軌道、原子価結合法
13 多原子分子(2)
   立体的な分子の混成軌道、多重結合、π共役分子の電子構造、HOMO-LUMOギャップと電子の光吸収
14 全体のまとめと演習

授業運営

全て講義形式による。
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。

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。

オフィスアワー

メールで予約をして研究室を訪問すること。
連絡先は講義で説明する。

参考書

アトキンス『物理化学(上・下)』8版[東京化学同人]2009
辻和秀『「これからはじめる量子化学」(物理・数学のキホンがよくわかる!)』[オーム社]平成25年

Copyright© 2017 Kanagawa University. All Rights Reserved.