| 英文名 | Quantum Chemistry Ⅰ | |
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| 科目概要 | 化学科 ２年 ３群科目 必修 ２単位 前期 15 コマ 講義 週1コマ 木2限 物理学科 ３年 ３群科目 B選択 ２単位 前期 15 コマ 講義 週1コマ 木2限 |
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| 科目責任者 | 水瀬 賢太 | |
| 担当者 | 水瀬 賢太※ | |
| 備考 | 科目ナンバリング： |
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| 科目 | 教科に関する専門的事項（中・高 理科） |
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| 施行規則に定める科目区分 |
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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。本講義は、化学現象を微視的に記述するための量子力学の基礎概念と手法を修得することを目的とする。基本方程式であるシュレーディンガー方程式の導入からはじめ、簡単な一次元系の問題から原子の電子状態について扱い、量子化学II（化学結合論）をはじめとする上級科目の学習に必要な基盤を築く。
量子力学の基本方程式であるシュレディンガー方程式の導入からはじめ、一次元ポテンシャルや調和振動子、剛体回転子などの解析可能なモデル系を通して波動関数とエネルギー固有値の意味を学ぶ。続いて水素原子の厳密解を扱い、原子軌道や量子数の物理的解釈を示すとともに、多電子系へ拡張する際に必要となる近似手法（変分法、摂動法）の理論と簡単な応用例を扱う。さらに電子スピンや粒子交換の概念を導入し、多電子原子一般の量子力学的扱いを学ぶ。
スライドを中心に、適宜書き込みを加えて説明を行う。毎週予習復習のための課題を課す。
| 回 | 項目 | 内容 | 担当者 |
|---|---|---|---|
| 1 | 量子化学序論 | 微視的な系を記述する量子力学の考え方とその化学への応用について、例を挙げて概説する。 | 水瀬 賢太 |
| 2 | シュレーディンガー方程式 | 分子を量子力学で扱うためのシュレーディンガー方程式を導入し、その特徴や使い方を説明する。 | 水瀬 賢太 |
| 3 | 箱の中の粒子 | 量子力学における基礎的問題の１つである１次元箱の中の粒子の運動を取り扱い、分子中の電子の扱い方の基礎を学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 4 | 振動運動 | 分子振動のモデルとなる調和振動とその量子力学的取り扱いを学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 5 | 回転運動 | 分子回転や、原子核の周囲を回る電子の運動を量子力学的に記述する方法を学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 6 | 時間依存系 | 分子運動に関する時空間描像の量子力学的扱いを学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 7 | 水素原子（１） | 水素原子の量子力学的扱い方、特にエネルギー準位の特徴を学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 8 | 水素原子（２） | 水素原子の量子力学的扱い方、特に軌道の特徴を学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 9 | 近似法（１） | 多電子系を量子力学的に扱うために必要な近似法、特に変分法について学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 10 | 近似法（２） | 量子力学における第二の近似法として摂動論を学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 11 | 多電子原子（１） | 多電子原子について、水素原子の知見や近似法をもとに、その量子力学的扱い方と、軌道およびエネルギーの特徴を学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 12 | 多電子原子（２） | 多電子系の電子配置を考える上で欠かせない、電子スピンとパウリの排他原理について学ぶ | 水瀬 賢太 |
| 13 | 多電子原子（３） | 多電子系の電子配置に関連して、電子スピンの配置とフントの規則について学ぶ。 | 水瀬 賢太 |
| 14 | 多電子原子（４） | 多電子原子の扱い方をまとめ、周期表の量子力学的理解を確立する。 | 水瀬 賢太 |
| 15 | まとめ | 講義全体の内容についてまとめるとともに復習をする。 | 水瀬 賢太 |
シュレーディンガー方程式や離散的エネルギー準位、波動関数といった量子力学の基本的な考え方や手続きを理解し、実際に基本的な問題を扱えるようになること。さらに原子の安定性や性質を量子力学に基づいて説明できるようになること。
講義中に提示する課題への取り組み（30%），試験（70%）によって評価する。
【授業時間外に必要な学習時間：毎回の予習1 時間，復習3 時間，合計60 時間】
講義の内容の予習復習のために課題を課す。課題は指示された締め切りまでに提出すること。
（なし）
量子化学II， 物理化学実験，物理化学演習，量子力学
課題へのフィードバックは講義中またはClassroomにて行う。教科書は指定しないが、量子化学I,IIを通して使用できる参考書を最低1冊手元に置いて学習することを推奨する。関連する参考書は講義でも紹介する。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | (なし) | ||
| 参考書 | マッカーリ・サイモン 物理化学 上 | D. A. McQuarrie, J. D. Simon, 千原 秀昭，江口 太郎， 齋藤 一弥 |
東京化学同人 |
| 参考書 | 量子化学 基礎からのアプローチ | 真船 文隆 | 化学同人 |
| 参考書 | アトキンス 物理化学 （上）（下） | Peter Atkins, Julio de Paula 中野元裕，上田貴洋， 奥村光隆，北河康隆 訳 |
東京化学同人 |