【分子物理学】 [物理学科 3群 必修 科目(配当年次: 第2学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 金本明彦 教員免許取得のための必修科目
授業期間: 後期  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:物理学
 
教育目標

物質を対象とした科学を教授するためには、原子軌道、分子軌道、電子状態などの概念が、種々の議論の基礎となる。本講義は、これら生命科学を研究するために必要な概念の一部を、早い時期にしっかり把握させようとするものである。

教育内容

分子の構造式を見ただけで、分子の大体の形や分子内の電荷の偏り、および分子間に働く力が類推でき、その結果としてその分子から構成される物質の性質をも類推できるよう、原子の電気陰性度の考え方(使い方)や分子軌道法を教授し、これらの事項が生命現象の理解にどのような形で関わっているのかを理解する。また、視覚や光合成を理解する上で不可欠な電子遷移の概念を教授する。

教育方法

一回目の講義以降は、事前にプリントを配布するので、そのプリントに沿って教科書の内容を説明する。
重要な概念がどのように使えるかを、できるだけ具体的に紹介し、強い動機づけとする。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

量子の考え方

金本

物質の二重性:電子の波動性と光の粒子性
エネルギーの量子化

2回

シュレーディンガー方程式と波動関数

金本

一次元空間の中の粒子のシュレーディンガー方程式とその解である波動関数について

3回

水素原子の波動関数

金本

クーロン力で束縛されて量子化された電子の軌道の形と量子数

4回

二原子分子の分子軌道

金本

結合性軌道と反結合性軌道

5回

多原子分子の分子軌道

金本

混成軌道と分子の形
HOMOとLUMO

6回

電子遷移

金本

遷移モーメント  アインシュタインのA係数とB係数  光の吸収に続く過程(光合成の初期過程)

7回

分子軌道から見た生体分子の化学結合と電子遷移

金本

σ結合とπ結合  電子の非局在化  ペプチド結合  蛋白質側鎖  核酸の化学結合と電子遷移

8回

分子内電子分布の偏り

金本

元素の電気陰性度  電気双極子モーメントと分極率  誘電分散

9回

弱い分子間力

金本

分散力  ファン・デル・ワールス力

10回

強い分子間力

金本

イオン間に働く力  水素結合

11回

極性分子が関与する分子間相互作用

金本

イオン-双極子相互作用  双極子-双極子相互作用  溶媒和  再配向

12回

水素結合と生体分子間の相互作用

金本

分子内水素結合  分子量と融点・沸点  塩基対の水素結合  蛋白質の二次結合

13回

電荷移動相互作用

金本

電荷移動力と電荷移動錯体
電荷移動スペクトル

14回

液晶の性質

金本

液晶分子の配向と配向処理
屈折率と誘電率の異方性

15回

まとめ

金本

全体の確認と復習

 
到達目標

分子構造式から分子の形や、分子内の電子の偏り、分子間に働く力を類推し、さらにその物質の基本的性質を類推できるようになる。
電子遷移の概念を理解し、それに関わる現象との関係を把握する。

評価基準

定期試験の結果で評価するが、授業と授業内演習への積極的参加は加点対象とする。欠席は減点対象とする。

準備学習
(予習・復習)

プリントを二回目以降は予め配布しておくので、予習、復習が十分できているか確認するために、頻繁に演習を行う。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 プリント配布
参考書 生命科学のための物理化学 第二版 P.W.Atkins, J.de Paula 東京化学同人 6,300円+税