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量子化学

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令和元年度以前入学者 量子化学
教員名 浅地哲夫
単位数    2 学年    3 開講区分 文理学部
科目群 化学科
学期 後期 履修区分 選択必修
授業の形態 Webexによる同時双方向形式。授業録画をBlackboardにアップロードする。
初回講義開始までにBlackBoardのコース登録をすること。受講者への連絡はBlackBoardの“連絡事項”欄に掲示するので随時確認すること。

Blackboard ID: 20213265 : 2021量子化学（浅地哲夫・後・水２）
授業概要 分子の結合・構造・化学反応性を電子の運動から探る。Born-Oppenheimer近似での断熱ポテンシャルに対する具体的ポテンシャル関数を解説する。簡単な共役二重結合系について、パイ電子のエネルギー準位の求め方を、単純ヒュッケル分子軌道法を用いて解説する。
授業のねらい・到達目標 物質の性質を微視的に理解することは、新しい物質の開発という観点からも近年ますます
重要になって来ている。　このために必要な量子力学的概念の化学への適用について学ぶ。
簡単な分子に対してヒュッケルの分子軌道法を適用できるようになる。

この科目は文理学部(学士(理学))のディプロマポリシーDP6及びカリキュラムポリシーCP9に対応しています。

また、新カリキュラムにおいて、この科目は文理学部(学士(理学))のディプロマポリシーDP3.4,8及びCP3,4,8に対応しています。
A-3-3）高度な化学知識に基づいて，自然科学に関係する諸現象を論理的・批判的に考察することができる。
A-4-3）さまざまな事象に潜む化学的問題を発見し，専門的化学知識に基づいてそれに対する解決策を考えることができる。
A-8-3）自分の実験経験を振り返り，その成果を他人に分かる形で客観的にまとめることができる。
授業の方法 授業の形式：【講義】
パワーポイントスライドよよびホワイトボードを用いて同時双方向形式で説明する。講義録画ファイルをBlackboard上にアップロードするので、繰り返し説明を聴いて理解を深める。課題はBlackboard上に提出する。課題に対するフィードバックもBlackboardを介して行う。
履修条件 物理化学5の単位を修得していることが強く望まれる。
授業計画
1 1. 化学結合と分子軌道
1.1. 水素分子イオンのシュレーディンガー方程式（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ハミルトニアンとは何か；参考書「現代物理化学」pp.20-24 を読んでおく （2時間）
【事後学習】対応原理の理解；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
2 1.2.　断熱ポテンシャル（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】力とポテンシャルの勾配の関係；力学の教科書で復習する （2時間）
【事後学習】ポテンシャルの曲率と結合の力の定数；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
3 1.3. 変分原理と永年方程式（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】行列と行列式；参考書「現代物理化学」pp.483-485 を読んでおく （2時間）
【事後学習】行列式の復習；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
4 1.4. 水素分子イオンの永年方程式（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】エネルギーの期待値；参考書「現代物理化学」pp.67-72 を読んでおく （2時間）
【事後学習】エネルギー準位と状態関数を理解する；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
5 2. 混成軌道とπ結合
2.1. sp3混成軌道（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】水素の原子軌道；参考書「現代物理化学」pp.50-54 を読んでおく （2時間）
【事後学習】原子価軌道の形を理解する；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
6 2.2. sp2混成軌道
2.3. sp混成軌道（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】水素の原子軌道；参考書「現代物理化学」pp.84-89 を読んでおく （2時間）
【事後学習】原子価軌道の形を理解する；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
7 2.4. π電子近似とヒュッケル法（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ハミルトニアンとは何か；参考書「現代物理化学」pp.90-92 を読んでおく （2時間）
【事後学習】ヒュッケル法を理解する；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
8 2.5. ヒュッケル法での永年方程式（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】変分法；参考書「現代物理化学」pp.487-488 を読んでおく （2時間）
【事後学習】ヒュッケル法を理解する；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
9 2.6. エチレン分子のπ結合（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ヒュッケル法；参考書「現代物理化学」pp.91-93 を読んでおく （2時間）
【事後学習】ヒュッケル法を実践する；講義内容の要点をまとめるとともに計算をやってみる （2時間）
10 2.7. ブタジエン分子のπ結合（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ヒュッケル法；参考書「現代物理化学」pp.93-96 を読んでおく （2時間）
【事後学習】ヒュッケル法を実践する；講義内容の要点をまとめるとともに計算をやってみる （2時間）
11 2.8. π電子密度とπ結合次数（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ヒュッケル法；参考書「現代物理化学」pp.97-100 を読んでおく （2時間）
【事後学習】電子密度と結合次数を求める；講義内容の要点をまとめるとともに計算をやってみる （2時間）
12 2.9. ヒュッケル法の更なる応用例
　　　問題演習課題１（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ヒュッケル法；参考書「現代物理化学」pp.101 を読んでおく （2時間）
【事後学習】ヒュッケル法の応用例を調べる；図書館の参考書を調べる （2時間）
13 3. 反応性の軌道論（A-3, A-4, A-8）
【事前学習】エチレンとブタジエンの分子軌道；参考書「現代物理化学」pp.91-96 を復習する （2時間）
【事後学習】波動関数の位相の重要性を理解する；講義の内容を整理し要点をまとめる （2時間）
14 4. ヒュッケル法の復習と演習１
　　問題演習課題１の解説と問題演習課題２ （A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ヒュッケル法の復習；第7回から第12回の講義内容を復習する （2時間）
【事後学習】ヒュッケル法の実践；これまでの例題を自力で解けるかやってみる （2時間）
15 5. ヒュッケル法の復習と演習２
　　問題演習課題２の解説 （A-3, A-4, A-8）
【事前学習】ヒュッケル法の復習；第7回から第12回の講義内容を復習する （2時間）
【事後学習】ヒュッケル法の実践；これまでの例題を自力で解けるかやってみる （2時間）
その他
教科書 使用しない
参考書 L. F. フィリップス　著　大岩正芳・東浦　浩　共訳 『基礎量子化学』 東京化学同人
大野公一　著 『量子化学』 岩波書店
寺嶋正秀　馬場正昭　松本吉泰　著 『現代物理化学』 化学同人 2015年
成績評価の方法及び基準 レポート:テーマごとの課題(80%)、授業参画度:Webex参加記録(20%)
オフィスアワー stuメールを通して質問を受ける

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