量子化学のシラバス情報

科目名称
Course title(Japanese)
量子化学 科目番号
Course number
72CHPHC205
科目名称(英語)
Course title(English)
Quantum Chemistry
授業名称
Class name
量子化学
教員名 中山 泰生
Instructor
開講年度学期 2022年度 前期
Year/Semester
曜日時限 水曜2限
Class hours
開講学科
Department
理工学部 先端化学科
外国語のみの科目
(使用言語)
Course in only foreign
languages (languages)
-
単位
Course credit
2.0 授業の主な実施形態
Main class format
対面授業/On-site class
概要
Descriptions
物質の示す物理・化学的性質の根源である電子の振る舞いを規定している基本原理について修得する。
目的
Objectives
物質の構造や反応性などといった物性(物理・化学的性質)は,その物質の内部における電子のエネルギーや分布によって規定される。本講義を通して,電子の振る舞いを記述する量子力学の基礎概念を理解し,これを材料物性や化学反応への洞察に活かすための土台となる考え方を確立することを目的とする。本学科で定めるポリシー「化学分野の基礎学力と,その上に立つ専門知識」を習得し,それをもとに「自ら課題を発見し,解決する能力」,「論理的・批判的に思考し,積極的に取り組むことのできる判断力・行動力」,「他者とコミュニケーションをとり,国際的な視野を持って活躍できる能力」ならびに「専門分野に応じたキャリアを形成し,自己を管理する能力」を養うための授業である。
到達目標
Outcomes
シュレディンガー方程式の意味するところを理解する(式を立て,解ける)
原子内の電子準位と周期律の根源について理解する
分子軌道の成り立ちについて理解する 
履修上の注意
Course notes prerequisites
なし
アクティブ・ラーニング科目
Teaching type(Active Learning)
課題に対する作文
Essay
- 小テストの実施
Quiz type test
ディベート・ディスカッション
Debate/Discussion
- グループワーク
Group work
-
プレゼンテーション
Presentation
- 反転授業
Flipped classroom
-
その他(自由記述)
Other(Describe)
-
準備学習・復習
Preparation and review
受講前には,講義資料の他,参考書などを一読し,取り扱う概念についての予備知識と自分なりの問題意識をもつのが望ましい。(1時間程度)
受講後には,講義内容について復習し,知識の定着を図ることが望まれる。(3時間程度)
具体的な事項については授業の中で指示する。
成績評価方法
Performance grading
policy
到達度評価試験(あるいはそれに代わる理解度の確認試験)70%,平常点(試問・アンケートへの回答,小テストへの解答など,授業への積極的な取り組み姿勢)30%

【フィードバックの方法】
小テストなどの模範解答はLETUS上に掲示し,必要に応じて講義中に解説を行う。
学修成果の評価
Evaluation of academic
achievement
・S:到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A:到達目標を十分に達成している
・B:到達目標を達成している
・C:到達目標を最低限達成している
・D:到達目標を達成していない
・-:学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S:Achieved outcomes, excellent result
・A:Achieved outcomes, good result
・B:Achieved outcomes
・C:Minimally achieved outcomes
・D:Did not achieve outcomes
・-:Failed to meet even the minimal requirements for evaluation
教科書
Textbooks/Readings
・教科書を使用する場合は、MyKiTS(教科書販売サイト)から検索・購入可能ですので以下のURLにアクセスしてください。
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
 
・Search and purchase the necessary textbooks from MyKiTS (textbook sales site) with the link below.
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
参考書・その他資料
Reference and other materials
詳細なもの: 原田 義也 著 「量子化学」 裳華房(基礎化学選書12)
簡明なもの: 大野 公一 著 「量子化学(物理化学入門シリーズ)」 裳華房
この他,各項目ごとに参考となると思われる書籍などを紹介することもある。
なお,本講義で採り上げる内容の大部分は,一般的な量子化学の教科書には共通して記述されているものであり,上に挙げたものでなくとも差し支えない。
簡単な講義資料はLETUS上にて提示する。
授業計画
Class plan
1. はじめに【対面授業】
「量子論」という概念が導入された必然性について概説する。

2. シュレディンガー方程式の導入【対面授業】
古典力学における波動方程式を起点として時間に依存しないシュレディンガー方程式を導入する。

3. 井戸型ポテンシャル【対面授業】
時間に依存しないシュレディンガー方程式の適用例として井戸型ポテンシャルに閉じ込められた物体の性質を導く。

4. 波動関数・演算子・期待値【対面授業】
量子論において「波動関数」や「演算子」のもつ意味と条件,さらにこれらから導かれる物理量の「期待値」について解説する。

5. 水素原子(1)【対面授業】
6. 水素原子(2)【対面授業】
原子核1個と電子1個からなる水素(様)原子における電子の波動関数を時間に依存しないシュレディンガー方程式から導く。

7. 小テスト【対面授業】
これまでの講義内容について理解度を確認する。

8. スピン【対面授業】
電子が有する自由度としての「スピン」について解説する。

9. 多電子原子と元素の周期律【対面授業】
複数の電子が存在する状態を表す波動関数が満たすべき反対称性と,その帰結として導かれる元素の「周期律」について解説する。

10.水素分子イオンの分子軌道(1)【対面授業】
11.水素分子イオンの分子軌道(2)【対面授業】
原子核2個と電子1個からなる水素分子イオンにおける電子の波動関数を変分原理に基づいて導く。

12.一般の分子【対面授業】
複数の電子を有する一般の分子における分子軌道の特徴と,その占有規則について解説する。

13.π電子系の分子軌道【対面授業】
π電子系を有する分子の分子軌道を見積もるための近似法である単純ヒュッケル法について解説する。

14.分子の振動と回転【対面授業】
分子内の化学結合における振動と分子全体の回転運動に現れる特性を,時間に依存しないシュレディンガー方程式から導く。

15.到達度評価および総括【対面授業】
本講義全体を通した理解度を確認する。
教職課程
Teacher-training course
実務経験
Practical experience
-
教育用ソフトウェア
Educational software
-
備考
Remarks
状況によってはオンライン授業に変更する場合がある(その場合は,講義内で周知する)。
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