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現在位置: ホーム ja シラバス(2020年度) 理学部 化学教室 物理化学 I(量子化学) 物理化学 I(量子化学)

物理化学 I(量子化学) 物理化学 I(量子化学)

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科目ナンバリング
  • U-SCI00 22602 LJ60
開講年度・開講期 2020・前期
単位数 2 単位
授業形態 講義
配当学年 2回生以上
対象学生 学部生
使用言語 日本語
曜時限 木1
教員
  • 鈴木 俊法(理学研究科 教授)
授業の概要・目的 微視的な粒子である原子や分子は量子力学に支配されます。特に、電子は質量が小さいため量子効果が顕著です。分子の構造・反応・物性は電子状態に支配されるため、大学の化学は量子化学の理解の上に様々な化学の学習を積み上げます。入学して初めて量子化学に触れるのは1回生対象の「基礎物理化学」の講義ですが、いろいろな事が天下り式に出てきて、良く理解できなかった人も少なくないでしょう。本講義では、量子力学の基礎原理から学習を始め、1次元問題、調和振動子、剛体回転子、水素原子、変分法・摂動論までの学習を一つ一つ丁寧に進めます。厳密解が求まるような簡単な系を対象として量子力学の学習を進めますが、重要な目標は、化学のどの分野に将来進んでも役立つ基礎概念の習得です。いわゆる学部段階の「物理化学」の教科書に記述されている内容は、量子化学でマスターすべき内容として最小限の内容と考えて良いでしょう。本講義では、その内容をしっかり学習することを目標としつつ、本学の化学の講義に必要となるであろうレベルの内容を補強しながら進めます。
到達目標 シュレディンガー方程式の固有値と固有関数を求めることで、観測可能な物理量を予測する量子論の構造を理解します。1次元問題では、階段型のポテンシャルにおけるな物質波の反射や透過のイメージを掴み、トンネル効果についても理解します。調和振動子と剛体回転子では、離散的なエネルギー準位の構造と波動関数の形状、さらに昇降演算子の利用方法が理解できれば良いでしょう。水素原子では、量子数とその意味、波動関数の性質の理解が非常に重要です。ここまでは、量子力学の概念、波動性の理解が主となります。変分法と摂動論では、特に摂動論が使えるようになることが今後の量子化学の学習のために必要です。
授業計画と内容 授業は概ね教科書の流れに沿って進めます。内容と授業の回数はだいたい以下のとおりです。量子論の夜明け(1), Schrodinger方程式と箱の中の粒子(2), 量子力学の一般原理(3), 調和振動子(2)、剛体回転子(2)、水素原子(2)、摂動論と変分法(2)。教科書は量子化学としては易しく、読めば分かるように上手に書かれていますので、授業では大事な所を確かめつつ、より詳しい内容を加えて進めます。
履修要件 特になし
授業外学習(予習・復習)等 手を動かさないと理解が追いつかないので、問題を解いてみたり、計算プログラムで遊んでみることです。習うより慣れよがアドバイスです。
教科書
  • Quantum Chemistry 2nd edition, Donald A McQuarrie, (University Science Books), ISBN:978-1-891389-50-4
参考書等
  • 学部学生のための量子化学講義ノート, 安積徹, (分子科学会),
  • 量子化学ノート, 朽津耕三, (分子科学会),
  • 化学のための数学・物理, 河野裕彦, (裳華房), ISBN: ISBN:978-4-7853-3421-5