量子化学

Quantum Chemistry

991335P

17NSCHE303

築山　光一

Koichi Tsukiyama

2026年度後期

2026年度

②Second semester

金曜3限

Friday Third Period

理学部第一部　化学科

Department of Chemistry, Faculty of Science Division Ⅰ

2.00単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

分光学の基礎となる角運動量、摂動論、電子スピン、遷移モーメント等の量子論的取り扱いを理解する。

初等量子化学をベースとして、前半では角運動量や摂動・変分法等基本的な物理量や手法をより数学的に取り扱う。特に、演算子と物理量との関係を徹底的に学ぶ。本講義によって、光と原子・分子の相互作用の基礎を学び、量子化学と分光学の関係を理解することができる。

現代科学における分析手法の根底をなす分光学の基礎理論を習得すること。

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/​​​

初等量子化学相当科目（物理化学2Aおよび2B）の単位を修得していることが好ましい。

小テストの実施　Quiz type test

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初等量子化学で学んだ演算子、波動関数等をより数学的に詳細に取り扱うため、その物理化学的意味を再確認しておくこと。また水素原子をモデルとして取り上げるので、水素原子のエネルギー準位や波動関数について知っておくことは必須である。各回の内容を復習し、特に方程式の持つ物理的意味を十分理解しておくことが重要である。

達成度評価試験の成績を最重視（~80%）するが、講義中に適宜行われる演習・レポート（~20%）を総合して最終点とする。

・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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アトキンス　物理化学（上）（下）
マッカーリ・サイモン　物理化学（上）

1 　　量子化学の基礎（１） 量子化学で使う数学 行列、ベクトルの演算　
　　　（復習）波動関数の表記法と確定値、期待値の求め方

2 　　（準備学習）三次元極座標
　　　量子化学の基礎（２） 力学変数と観測量　エルミート演算子と行列要素
　　　（復習）演算子を用いた計算における原理と定理

3 　　（準備学習）演算子を用いた計算における原理と定理
　　　摂動論 摂動論の数学的取り扱い、エネルギー、波動関数の導出
　　　（復習）エネルギーの近似方法

4 　　（準備学習）物理化学２Bで学習した変分法
　　　変分法 変分法の数学的取り扱い、エネルギー、波動関数の導出
　　　（復習）ヘリウムおよび水素分子への応用

5 　これまでのまとめ　演習問題

6 　　（準備学習）物理化学２Bで学習した水素原子の波動関数
　　　角運動量（１） 角運動量演算子、 角運動量固有値
　　 （復習）角運動演算子の極座標表示

7 　　（準備学習）物理化学２Bで学習した水素原子の波動関数
　 　　角運動量（２） 角運動量の合成
　　　（復習）角運動演算子の極座標表示

8 　　（準備学習）物理化学２Bで学習した調和振動子の波動関数
　　　行列要素 昇降演算子による調和振動子の記述
　　　（復習）各種行列要素の計算

9 　　（準備学習）軌道角運動量演算子
　　　電子スピン（１）電子スピン角運動量演算子
　　　（復習）スピン波動関数

10　　（準備学習）スピン波動関数
　　　電子スピン（２）一重項と三重項、ゼーマン効果
　　　（復習）スピン角運動量演算子を用いた一重項と三重項の波動関数

11　　（準備学習）物理化学２Bで学習した水素原子の波動関数
　　　電子遷移の選択則 　水素原子の波動関数，電子状態間光遷移の選択則
　　　（復習）選択則の量子論的理解

12　　（準備学習）物理化学２Bで学習した回転波動関数
　　　二原子分子の回転構造 剛体回転子のエネルギー準位　 回転スペクトル、選択則
　　　（復習）

13　　（準備学習）物理化学２Bで学習した振動波動関数
　　　二原子分子の振動構造 調和振動子の波動関数，非調和項，選択則
　　　（復習）量子化学と分子分光学

14　　（準備学習）スピン波動関数
　　　スピン-軌道相互作用 スピン-軌道相互作用の量子論的取り扱い
　　　（復習）量子化学と分子分光学

15　　量子論に関する到達度の確認と解説　内容の到達度の確認と内容に関する解説

国内研究機関の研究員（化学系）の勤務実績を活かし量子化学について講義する。

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