Exercises in Chemistry A

Numbering Code U-SCI00 22609 SJ60 Year/Term 2021 ・ Second semester
Number of Credits 2 Course Type Seminar
Target Year 2nd year students or above Target Student
Language Japanese Day/Period Wed.1
Instructor name YAMAMOTO TAKESHI (Graduate School of Science Assistant Professor)
Outline and Purpose of the Course 化学の諸現象を原子・分子のレベルで理解するために基礎となる量子力学と量子化学の基礎と応用を習得するための演習である。授業1週間前には予め問題を配布するので、各自で解答を作成し、各問題について代表する学生が黒板に板書・発表を行う(教員は補足説明を行う)。内容は量子力学と量子化学の基礎から、原子・分子の電子構造、分子軌道法にわたる。物理化学I(量子化学)[後期]、量子化学I[前期]にほぼ対応するが、他講義からは独立した演習である。2-3回生が中心の履修者であると想定するが、それ以外も履修可能である。
Course Goals 1)量子力学的演算子と波動関数の性質を理解し、基礎的な量子力学的期待値の計算ができるようになる。
2)原子軌道の性質、分子軌道の性質を理解して、多電子系と化学結合の性格を把握する基礎知識を習得する。
3)量子力学における近似法を利用する基礎計算力を修得する。
4)電子スピンや軌道角運動量などの量子力学的角運動量について理解する。
Schedule and Contents (1)初等量子力学 (物質波、原子モデル、イオン化エネルギー、仕事関数)
(2)自由運動と有限区間の波動方程式、不確定積、規格直交化
(3)量子力学の計算形式、演算子と対角化
(4)調和振動子と回転子
(5)角運動量演算子 
(6)中心力ポテンシャル内の運動、球面調和関数
(7)水素原子
(8)電子スピン、シュテルン-ゲルラッハの実験
(9)角運動量の交換関係、角運動量の合成、スピン演算子 
(10)多電子系の取り扱い、多電子系の角運動量、スピン-軌道相互作用、スレーター行列式
(11)近似法 (摂動論、変分法) 
(12)ヘリウム原子、水素分子、水素分子イオン
(13)原子、分子の電子状態を示す項記号
(14)等核二原子分子、分子軌道と対称性
の項目について、1課題あたり4-5問程度の演習問題があり、1課題あたり1-2週の授業に対応する。発表内容やレポートの状況を見ながら学生の理解度の把握に努め、問題の難易度・種類・数を調整して対応する。
Course Requirements 初等的な量子化学(全学共通科目の基礎物理化学など)または量子力学を既に履修済み、または自習した経験を有する、あるいは並行して学習中であることが望ましい。
Study outside of Class (preparation and review) 最初のレポート課題は第一回授業の1週間前にはKULASISに掲載するなどして告知する。その後の授業でも同様である。
References, etc. 物理化学(上), D.A. McQuarrie & J.D.Simon, (東京化学同人), ISBN:4807905082
量子力学(I), 小出昭一郎, (裳華房), ISBN:4785321326
量子力学(II), 小出昭一郎, (裳華房), ISBN:4785321334
量子力学演習, 小出昭一郎・水野幸夫, (裳華房)
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