【分子構造学】
 
単  位:2単位 単位認定者: 石川春樹
授業時期: 後期 15コマ 科目分担者:
授業形態: 講義 週1コマ
 
教育目標

分子構造や分子や原子の集合体の構造と機能を調べるために分光学的手法が用いられている。このような測定から得られる結果を十分に理解するためには,量子化学の知識が不可欠である。そこで,本講義では学部で学んだ量子化学の理解を深めると共に分光学的な応用を学ぶことを目標とする。

教育内容

前半では,学部で学んだ量子化学の基礎を復習し,それらの物理的描像を再確認する。後半では分光学の基礎となる分子の量子化学的取り扱いを学んだ後,分光法の基礎を学ぶ。最後に,コヒーレンスを利用した最近の分光法を紹介する。

教育方法

板書を中心とした講義形式をとる。「大学院講義物理化学 第2版 I 量子化学と分子分光学」を教科書とし,第1章,第3章,第4章を中心に進める。講義内容の理解を深めるために,適宜演習問題を課す。問題の解説は学生に発表させ,補足を加える。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1週

量子化学の基礎(1)

石川

シュレーディンガー方程式と波動関数の概念を復習し,1次元箱の中の粒子の運動を量子力学的に取り扱う。

2週

量子化学の基礎(2)

石川

1次元箱を発展させ,2及び3次元箱の中の粒子の運動を記述し,縮退の概念を学ぶ。

3週

量子化学の基礎(3)

石川

行列要素,内積,直交性や観測量と演算子などの量子力学の枠組みの基礎を復習する。

4週

量子化学の基礎(4)

石川

量子力学的な水素原子の取り扱いを復習する。

5週

量子化学の基礎(5)

石川

軌道運動による角運動量を導入した後,一般角運動量とスピンの取り扱いを学ぶ。

6週

量子化学の基礎(6)

石川

対称性の性質を考察し,量子力学へ適用する。

7週

量子化学の基礎(7)

石川

分子のボルン-オッペンハイマー描像を理解する。

8週

分子の量子化学的取り扱い(1)

石川

2原子分子の振動のモデルとなる調和振動子の取り扱いと性質を学ぶ。

9週

分子の量子化学的取り扱い(2)

石川

分子回転の取り扱いと振動・回転相互作用を考察する。

10週

分子の量子化学的取り扱い(3)

石川

多原子分子の振動における基準振動の役割と非調和性を学ぶ。

11週

光と分子の相互作用(1)

石川

光と分子の相互作用を考察し,アインシュタインのA,B係数を導出する。

12週

光と分子の相互作用(2)

石川

1光子遷移の性質,特徴を理解する。

13週

光と分子の相互作用(3)

石川

ラマン散乱を含む多光子過程を解説する。

14週

光と分子の相互作用(4)

石川

光を利用した分子のコヒーレントな運動を紹介する。

15週

まとめ

石川

全体のまとめ

 
到達目標

分子や原子の集合体の構造や物性を調べるための分光学を量子化学の基礎から理解する。特に,数式を操ることよりも物理的描像を捉えることを目指す。

評価基準

演習課題,レポート等で総合的に判断する。

準備学習
(予習・復習)

予習として,学部で学習した量子力学・量子化学,分光学について復習しておくこと。復習としてレポート課題を与えるので,課題を解くことで理解を深めるようにすること。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 大学院講義物理化学 I 量子化学と分子分光学 染田 清彦 編 東京化学同人 4,536円
参考書 分子構造の決定 山内 薫 岩波書店 3,672円