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/水2

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。理学部化学科のカリキュラムポリシーに従い、物理化学系の科目についても基礎から応用まで体系的に修得できるようカリキュラムが編成されており、本科目はその中で、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、現代では一般的になった量子化学計算の基礎理論を修得することを目的とする。実習を通して実践的に量子化学計算を学ぶ計算化学と合わせて履修することでより理解が深まる。

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と参考書で予習、復習すること。
2-4回の授業は、基礎物理化学Iの量子論の部分が基礎となっている。講義資料で復習するとよい。5-9回の授業は、講義資料とともに「アトキンス 基礎物理化学(上) 分子論的アプローチ 第2版」、10-13回の授業は「基礎量子化学―軌道概念で化学を考える」で予習するとよい。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。4時間の自己学習の中で、量子の世界のイメージを自分で作ることが大切である。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

期末試験で評価する。解答が正しいこと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(上) 分子論的アプローチ 第2版』[東京化学同人]2018
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.