授業科目

物理化学(量子化学)
Physical Chemistry  (Quantum Chemistry)

担当者

教授   松原 世明
後 水1

単位

2

到達目標

 本講義では、受講生が、①量子化学計算の基礎となるハートリー-フォック近似を理解すること、②量子化学計算によって分子構造や化学反応を理解し予測する方法論の基礎を理解すること、を到達目標とする。必修科目である基礎物理化学Iで学んだ量子化学の基礎を基盤に本科目で量子化学を学ぶ。

授業内容

 分子の性質や反応は、量子力学に基づいて電子の振る舞いを考えることで理解できる。近年、コンピュータの発達にともない、量子力学を基礎にした量子化学計算によって分子の性質や反応を正確に予測できるようになった。量子化学計算は、理論、実験の分野を問わず、必要不可欠な研究手段となっている。近年の量子化学を修得するための基礎を学ぶ。

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全体像をつかむ。
2. 量子化の概念と量子力学の基本公理
3. シュレーディンガーの波動方程式
4. 箱の中の自由粒子、トンネル現象
5. ボルン-オッペンハイマー近似と波動関数の記述
6. 変分原理と永年方程式
7. ハートリー-フォック近似
8. 基底関数系
9. 量子化学計算の基礎理論の概要
10. 軌道相互作用の基本原理
11. 分子構造と分子軌道
12. 化学反応と分子軌道
13. フロンティア軌道理論
14. 化学反応のエネルギープロフィール

 「dotCampus」にアップロードされた講義資料で予習すること。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。理解を深めるために、レポート課題や授業の最後にまとめの課題を課す。分子構造、分子軌道、分子運動などは、グラフィックソフトにより可視化して理解を深める。

評価方法

 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

講義資料を配布する。

参考書

P. W. Atkins、J. de Paula、R. Friedman『アトキンス 基礎物理化学 分子論的アプローチ』[東京化学同人]2011
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。

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