物理化学３Ａ及演習 A組

Physical Chemistry 3A A組

9916H02

16CHPHC203

川脇　徳久、古海　誓一

Seiichi Furumi & Tokuhisa Kawawaki

2024年度前期

2024 First Semester

火曜2限、木曜1限

Tuesday 2nd Period  (every week) & Thursday 1st Period (every other week)

理学部第一部　応用化学科

Department of Applied Chemistry, Faculty of Science Division Ⅰ

2.0単位

講義/演習

Lecture/Seminar

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

2023年のノーベル化学賞のテーマに「量子ドットの発見と合成」が選ばれた。量子化学は「量子ドット」だけでなく、「走査型トンネル顕微鏡」や「分子ローター」のノーベル賞・研究トピックスとも密接な関係がある。そこで、本科目の目的は、量子化学の基本的な考え方や原理を学ぶとともに、原子や分子の化学結合性を理解できるようになることである。

量子力学の考え方や基本原理を用いて、原子や分子の化学結合性を理解できるようになる。

化学とは複雑な分子を対象とすることがある。その分子の構造や反応性を支配しているのは化学結合である。さらに、分子や原子の化学結合を支配しているのは電子であり、電子の挙動は量子力学によって記述することができる。序論として、「電子の発見」から量子力学への発展過程を通してその基本原理を学び、単純な原子から複雑な分子へと量子力学の方法を適用し拡張することを目指す。「Schrodingerの波動方程式」から「並進運動」、すなわち「箱の中の電子」の振る舞いについて解説する。これを使って「電子の遷移」やβ-カロテンを考察するだけでなく、ノーベル賞の研究トピックスである「量子ドット」、「分子ローター」、「走査型トンネル顕微鏡」への応用についても説明する。並進運動に関する説明の後に、量子化学において重要な表現方法である演算子についても学んでいく。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

１）物理学の考え方や数学的な取扱手法に慣れるためには、演習問題を解くことである。講義および演習で出された問題を解き、レポートとして提出する。２）講義の中で数学的な解釈や数式・関数の展開を行うので、物理学、一般物理学、化学数学を履修していることが好ましいが、必須ではない。

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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本科目は、前回の講義で行う学習事項を十分に理解した上で、次回の講義を進める。すなわち、一旦、講義内容が分からなくなると、それ以降の講義内容が全く理解できなくなってしまう恐れがある。これを避けるために、前回の講義内容を復習する時間を充分に割き、学んだことを良く理解した上で、次回の講義を受講するよう心がけること。

「毎回の授業での出席と小テスト・課題（40%以下）」や「到達度評価（60%以上）」などで総合的に評価する。

・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

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マッカーリ サイモン著、千原秀昭・江口太郎・齋藤一弥訳、物理化学 分子論的アプローチ（上）（東京化学同人）
※ 可能であれば、上記の書籍があると理解が深まります。もしくは、下記の「参考書・その他資料」の書籍を実際に見て、気に入った書籍でも良いです。

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

1.　バーロー著、大門寛・堂免一成訳、物理化学（上）（下）（東京化学同人）
2.　マッカーリ サイモン著、千原秀昭・江口太郎・齋藤一弥訳、物理化学 分子論的アプローチ（下）（東京化学同人）
3.　アトキンス著、千原秀昭・中村亘男訳、物理化学（上）（下）（東京化学同人）
4.　カステラン著、目黒謙次郎・田中公二・今村喜夫監訳、物理化学（上）（下）（東京化学同人）　　　　
5.　近藤保、真船文隆共著、化学新シリーズ　量子化学（裳華房）　　
6.　原田義也著、基礎化学選書12　量子化学（裳華房）　　
7.　大岩正芳著、初等量子化学（化学同人）　
8.　講義中に参考資料を配付することがある。

※ 講義で説明する内容やスピードなどが例年と異なる場合があります。

1 　　量子化学の歴史、古典力学の破綻、J. J. Thomsonの実験

2 　　黒体放射1、Stefan-Bolzmannの法則、Wienの変位則

3 　　黒体放射2、Rayleigh-Jeamsの式、Wienの式、Planckの式
　　
4 　　光電効果、Einsteinの理論、黒体放射と光電効果によるPlanck定数

5 　　de Broglieの式、Bohrの原子模型、水素原子の発光スペクトル、Rydberg定数

6 　　Heisenbergの不確定性原理、Compton効果

7 　　波動の基本式、Schrodingerの波動方程式、Bornの解釈

8 　　波動関数の規格化、量子化

9 　　並進運動、一次元の箱の中の粒子、エネルギーの量子化

10　　並進運動における零点エネルギーと確率密度、古典力学と量子化学の相違点

11　　二次元の箱の中の粒子、変数分離、縮退（縮重）

12　　一次元の箱の中の粒子と電子の遷移とβ-カロテンの考察、量子ドットの紹介、トンネル効果（走査型トンネル顕微鏡）の解説

13　　演算子と平均値（期待値）、固有値と固有関数

14　　固有値と確定値、交換性、Hermite演算子、規格化、直交性 　　

15　　到達度評価など

国内研究機関の研究員（化学系）の勤務実績を活かして、物理化学の基礎と応用について講義する。

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