理学部化学科

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量子化学
Quantum Chemistry

担当教員桒原　彰太
選択　|　2単位　|　3年秋学期

授業目的

物質の成り立ちの最も基本となる原子・分子の電子構造の本質を量子力学の基本概念から体得し、それらが示す特性や反応性を理論的に解析・予測する方法論を学ぶと共に、これらの理解を通じて化学の量子力学的な理解力と思考力を涵養することを目的とする。

１．原子、分子の世界の成り立ちとその化学分野への適用性を、数式の羅列にならない形で理解し、内容を説明できる。
２．原子の構造と化学結合による分子の形成の考え方など、化学に必要な量子力学の基本的な課題を理解し、その内容を具体的に説明できる。
３．分子が示すいろいろな反応性、分子スペクトルとの関係を理解し、説明できる。

授業内容

現代における化学の理解に必要不可欠である「原子」「分子」の世界の成り立ちとその化学分野への適用性を、数式を利用しながら理解する。具体的には、原子の構造と化学結合による分子の形成の考え方など、化学に必要な量子力学の基本的な課題とともに、分子が示すいろいろな反応性、分子スペクトルとの関係等について学ぶ。

No.1	序論：原子・分子の世界と現実の世界ー化学における量子力学的な考え方が何故必要か［全体の講義のガイダンスを含む］
No.2	古典力学と量子力学の違い（１）量子力学的概念の本質とは何かを古典力学と比較しながら考え、体得する
No.3	古典力学と量子力学の違い（２）量子力学的世界の解析方法－シュレディンガーの波動方程式を導き出し、その解の意味することについて簡単な例を示しながら理解を深める
No.4	原子の構造（１）原子モデルの実体と波動方程式の持つ意味ー原子モデルが作られる歴史的な過程をたどり、ボーアの原子モデルを実際に解析してみる
No.5	原子の構造（２）水素原子の電子構造－できる限り数式を使わない形で水素の原子構造を解析する中で、量子力学の世界の特徴及びその実体を体得する
No.6	原子の構造（３）一般の原子の電子構造の成り立ち－複数の電子を有する原子の電子構造を一括してシステマティックに理解する
No.7	分子の構造（１）原子から分子へ－水素分子形成のメカニズムーハイトラー・ロンドン理論の解析を通じて、何故水素分子が存在できるのか、その本質を理解する
No.8	分子の構造（２）分子軌道法による分子の解析方法ー分子軌道法による分子の電子状態の解析を、化学的なセンスでイメージできるようにする
No.9	分子の構造（３）簡単な例を通じた分子軌道法の具体的な実践ーいくつかの具体的な例を実践することにより、分子軌道法に習熟すると共に理解を深化する
No.10	分子の電子構造とその反応性との関係（１）量子化学による分子の種々の特性の解析ー量子化学を用いた分子の物性解析の方法とその適用性を理解する
No.11	分子の電子構造とその反応性との関係（２）量子化学による化学反応解析の具体的な実践ー分子軌道法を駆使した化学反応の実際の解析方法についていくつかの具体例を通じて理解し、量子化学の現代における有用性を体得する
No.12	分子が示す種々のスペクトルと分子構造との関係ー分子の回転運動や振動運動などの解析方法や、それらのスペクトルとの関係性について理解すると共に、分子内のすべての運動とスペクトルとの関係性を総合的に理解する
No.13	分子と分子の間に働く力－いろいろな分子間力とその特質ーファン・デル・ワールス力、水素結合力、電荷移動力など分子間に働く力を、共有結合力と比較する中で体系的に理解する
No.14	量子化学的に考える生体分子の構造・反応性と生命活動の本質ーこれまでの授業で学んできたことをベースに、生体分子や生体システムの本質を量子化学的に解析する
No.15	学習到達度の確認