【分子分光学】
 
単  位:2単位 単位認定者: 松沢英世
授業時期: 前期 15コマ 科目分担者:
授業形態: 講義 週1コマ
 
教育目標

分子および分子集合体の構造や性質を解析し、自然現象を物理化学的視点から解く力を身につけるための「分子分光学」を、「原子と分子の量子理論」と「光と分子の相互作用」の基礎理論の理解を通して学ぶ。

教育内容

前半は、分子分光学の基礎となる量子理論と原子・分子の電子構造について復習と進んだ学習を行った後、光と分子の相互作用とスペクトル形状関数について学ぶ。後半は、具体的な分光学として、振動分光学、電子スペクトル、円二色性、磁気円二色性、磁気共鳴(NMR、ESR)分光学をとりあげる。

教育方法

教科書(配布プリント)に沿ってパワーポイントを使った解説を行い、理解を深めるための演習問題をレポート課題にする。翌週、レポートの解答の解説をプリント配布とパワーポイントによって行い理解の確認を行う。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

量子論

松沢

シュレディンガーの波動方程式と原子の電子構造

2回

演算子と波動関数(1)

松沢

昇降演算子の働きと波動関数の導出、固有値問題

3回

演算子と波動関数(2)

松沢

多電子系波動関数の導出と固有値問題

4回

分子軌道理論と分子の電子構造

松沢

分子軌道理論と反対称化波動関数

5回

分子の励起状態と配置間相互作用

松沢

励起エネルギーと二電子相互作用

6回

分子の結合エネルギーと振動分光学

松沢

調和振動子と非調和振動子(モース関数)

7回

振動分光学の実際(赤外線吸収とラマン散乱)

松沢

分子の対称性と赤外線吸収とラマン散乱の選択則

8回

環状π共役分子の電子的励起状態

松沢

環状π共役分子のperimeterモデルと軌道角運動量

9回

光吸収の線形関数(1)

松沢

時間依存シュレディンガー方程式と遷移確率

10回

光吸収の線形関数(2)

松沢

スペクトル形状関数:ガウス型形状関数とローレンツ型形状関数、微分スペクトル

11回

光学異性体と円二色性(CD)

松沢

旋光強度から見積もられる円ニ色性

12回

軌道角運動量と磁気円二色性(MCD)

松沢

芳香族分子の軌道角運動量と磁気円二色性

13回

ポルフィリンの励起状態と磁気円二色性(MCD)

松沢

ポルフィリンのQ帯,B帯におけるMCDの実測と解析

14回

核磁気共鳴(NMR)分光法

松沢

スピン-スピン結合の量子論的解析

15回

電子スピン共鳴(ESR)分光法

松沢

ESRスペクトルに観られる超微細構造

 
到達目標

分子分光学の基礎である光と分子の相互作用を、量子理論を通して理解する。振動分光学、電子スペクトル、(磁気)円二色性スペクトル、磁気共鳴(NMR,ESR)分光学の基礎を理解する。

評価基準

評価はレポートで判定する。授業への積極的な参加は加点対象とする。なお、欠席は減点する。

準備学習
(予習・復習)

学習内容の理解を深めるために、ほぼ毎回、レポート課題を出しますので、可能な限り自力で解いてみてください(解き方の説明も行います)。翌週、解答のプリントを配布して解説を行います。

その他

分子分光学の基礎である光と分子の相互作用を量子理論を通して理解するためには、量子力学で登場する数学に慣れ親しむことが重要です。教科書や配布プリント(レポートの解答解説)には、数式の誘導をできるだけ詳細に記載してありますので役立ててください。レポート課題を毎回きちんと提出することで理解が深まります。積極的な取り組みを希望します。数学も含め解らないところがあったら積極的に質問してください。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 量子化学Ⅱ-分子分光学の基礎- 松沢英世編 予価 2000円
参考書 (なし)