授業の目的

極微の存在である分子の性質は量子力学によって支配されている。本科目は量子化学Iとともに、分子の構造や物性、化学現象を量子力学的に描像を理解するための基礎を習得することを目的としている。具体的には、現実分子系のシュレーディンガー方程式をコンピュータを用いて解く方法論を理解し、実践できるようになるとともに、得られた結果、つまりエネルギーと波動関数を用いて多様な分子の物性や反応性を考察できるようになることを目的とする。

DPとの関連

教育内容

シュレーディンガー方程式の近似解法を学び、実際にクラウド上の計算資源を用いて分子軌道やエネルギー、各種物性の求め方、結果の活用する手法を学ぶ。ボルンオッペンハイマー近似をもとに、化学現象の記述に不可欠なポテンシャルエネルギー曲面の概念を習得する。ハートリーフォック法、密度汎関数法といった各種理論の概要、特徴、使い方を学ぶ。その中で分子モデリングの基礎を習得する。興味ある分子系についてシュレーディンガー方程式の解をもとに熱力学的性質やスペクトルなどの物性の予測や解析を行うための方法論を学ぶ。

教育方法

スライドを主体とした講義、計算方法の実演によって説明を行う。説明内容に即した課題に取り組み、提出とフィードバックを受けることで講義内容を習得していく。

授業内容

到達目標

現実分子系のシュレーディンガー方程式をコンピュータを用いて解く方法論を理解し、基本的な分子系について実践できるようになること。そして得られた結果、つまり固有エネルギーと波動関数を用いて多様な分子の物性や反応性を考察する方法を理解すること。

評価基準

講義中に提示する課題・レポート（50%）、および課題に即した期末試験（50%）により評価する。合理的な理由のない欠席や課題の不履行は減点する。

準備学習(予習・復習)

【授業時間外に必要な学習時間：毎週4時間、合計60時間】
予習と復習を兼ねて、指示された課題・レポートに取り組む。

実務経験のある教員情報

文部科学省管轄の研究機関で分子系の量子ダイナミクスに関する研究を行った経験をもとに、実践的な分子運動の記述法や実験データの解析法について解説する。

関連科目

量子化学Ⅰ，物理化学概論，基礎物理学，物理化学Ⅱ，物理化学演習，分子構造学，量子力学I, Ⅱ

その他

本科目の習得には、コンピュータやタブレット端末を利用して実際に計算（のための命令）をすること、そして結果を可視化することが不可欠である。ノートPC（OS不問）を持参し、講義中に計算を試行することを推奨するが、タブレット端末やスマートフォンでも十分対応可能である。計算環境の準備や講義の進め方の詳細は初回講義にて説明する。講義内容に関する不明点はオフィスアワーや次回講義での質問時間を活用して解決すること。課題への講評・フィードバックは次回講義またはClassroomで行う。

教材