【分子構造学I】
(Molecular Physical Chemistry Ⅰ)
[物理学科 3群 B選択 科目(配当年次: 第3学年 ) ]
[化学科 3群 必修 科目(配当年次: 第2学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 石川春樹 教員免許取得のための必修科目
授業期間: 前期  15コマ 科目分担者: 科目:教科に関する科目(中・高 理科)
授業形態: 講義  週1コマ 施行規則に定める科目区分:化学
 
授業の目的

基本原理に基づく測定・解析能力を修得し,物質の構造を究明できるようにするための基本分野の1つである量子化学の基礎を学ぶとともに,その応用として分光学の基本原理と分光学的測定による分子構造の決定方法を理解する。

教育内容

分光学の基礎となる分子の運動とエネルギーの関係について量子化学の立場に基づいた取り扱いを解説する。その後,具体的な分子構造決定の方法として,赤外吸収やラマン散乱などの振動・回転分光学の原理を実際の測定例を挙げて解説する。

教育方法

板書による講義を中心に行うが,必要に応じてパワーポイントを用いた補足説明も行う。講義内容の理解を深めるために毎週レポート課題を課す。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

量子論の導入(1)

石川

原子スペクトルを例に挙げて,量子論の導入の必要性,その特徴を解説する。

2回

量子論の導入(2)

石川

シュレーディンガー方程式とその固有値,固有関数の関係を解説するとともに,量子化学の基本的関係を理解する。

3回

1次元箱の中の粒子

石川

量子化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学ぶ。

4回

1次元箱の中の粒子(2)

石川

1次元箱の中の粒子と自由粒子の並進運動の比較から波動関数による状態の記述の例を学ぶ。

5回

調和振動子

石川

分子の振動のモデルとなる調和振動の取り扱いと性質を学ぶ。

6回

回転運動

石川

回転運動の量子化学的取り扱いとその性質を学ぶ。

7回

前半の内容の確認

石川

前半の内容について中間試験を行うと共にその解説をする。

8回

2原子分子の回転と純回転スペクトル

石川

2原子分子の回転エネルギーと分子構造の関係を学び,回転エネルギーが純回転スペクトルの測定・解析から得られることを理解する。

9回

2原子分子の振動と振動回転スペクトル

石川

赤外分光における振動・回転スペクトルの実例を挙げ,スペクトルから振動数,回転定数,核間距離が得られることを理解する。

10回

2原子分子の振動回転相互作用

石川

調和振動子・剛体回転子と実在の分子の違いを認識し,振動回転相互作用や結合エネルギーの概算方法を学ぶ。

11回

分子の対称性

石川

分子の対称性の考え方を紹介し,分子の運動と対称性の関係を解説する。

12回

多原子分子の振動(1)

石川

多原子分子の振動の取り扱いとしての基準振動の特徴を理解する。

13回

多原子分子の振動(2)

石川

二酸化炭素分子を例にして,基準振動を定性的に構築する方法を学ぶ。

14回

振動ラマン散乱

石川

振動ラマン散乱を紹介し,赤外分光と相補的な情報が得られることを理解する。

15回

分光測定の実例

石川

分光法による分子構造の決定や,種々の応用例を紹介する。

 
到達目標

量子化学の基礎的な概念,取り扱いを理解するとともに,分光学により分子の構造や運動についての情報が得られることを理解する。

評価基準

中間試験(30%),期末試験(70%)によって総合的に判断する。欠席,レポート未提出は減点の対象となる。

準備学習
(予習・復習)

配布の講義テキストにそって講義を進める。テキストを読んで次回の内容を予習するとともに,毎回レポート課題を課すので,講義の内容を復習して次回の講義時に提出すること。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 アトキンス 物理化学 第10版(上),(下) Peter Atkins, Julio de Paula著 千原秀昭・中村恒男訳 東京化学同人 上6,156円 下6,264円
参考書 分子構造の決定 山内 薫 岩波書店 3,672円