物理化学３Ｂ及演習 B組

Physical Chemistry 3B B組

9916H05

16CHPHC204

川脇　徳久、古海　誓一

Seiichi Furumi & Tokuhisa Kawawaki

2024年度後期

2024 Second 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

本科目は、物理化学3Aに引き続き、講義では量子力学の考え方と基本原理について説明し、演習では講義の簡単な復習と基本的な問題の出題・解説を行う。講義と演習を交えながら、量子化学の基本事項を身につける。

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することである。Schrodinger方程式を用いて、剛体回転子や調和振動子における各エネルギー状態、さらにはそれらが合わさった振動−回転エネルギーについて量子化学的に解釈する。Schrodinger方程式の近似計算法についても解説する。最後に、Schrodinger方程式による水素類似原子の解釈へ展開した後、球面波動関数や動径波動関数について理解する。以上にように、複雑な分子の状態を量子化学的に分子レベルで説明できるようになることを到達目標にする。

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。３）物理化学３Ａを履修していることが好ましい。

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　　回転分光学、二次元の剛体回転子、周期的境界条件、規格化定数

2　　三次元の剛体回転子、極座標の偏微分、Legendre演算子、角運動量量子数（方位量子数）、磁気量子数

3　　Legendre多項式、Legendreの陪多項式、球面調和関数、回転定数

4　　角運動量と空間量子化（方向量子化）、配向角、換算質量

5　　回転エネルギー準位、回転スペクトル

6　　調和振動子、ポテンシャルエネルギー、Hermite多項式、振動量子数

7　　振動のエネルギー準位、選択則、零点エネルギー、調和振動子近似

8　　剛体回転子と調和振動子の復習、振動-回転スペクトル、振動-回転遷移

9　　Schrodinger方程式の近似計算法、摂動法

10　　Schrodinger方程式の近似計算法、変分法、永年方程式

11　　水素類似原子、Laplace演算子、球面調和関数、Laguerreの陪多項式、波動関数の具体例

12　　水素類似原子の特徴、量子数、エネルギー、縮退度

13　　動径分布関数、平均値（期待値）、原子軌道の形 　　

14　　角運動量とZeeman効果、電子スピン

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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