2024年度学院等開講科目物質理工学院材料系

量子化学A

開講元: 材料系
担当教員: 金子哲
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火5-6 (S8-102)
クラス: -
科目コード: MAT.P201
単位数: 100
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 3Q
シラバス更新日: 2025年3月17日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

本講義は材料量子力学a,bの履修を前提としており、量子化学Bと対応した講義である。量子化学Bと合わせて履修することで、材料研究に必要な量子化学的な知識、考察力の習得を目的とする。量子化学Aでは特に分子の構造について量子力学的に説明できるようになることを目的とする。材料量子力学の学修内容を行列表現を用いて、学習内容を深く学習することで、各学習項目の内容の理解を深める。はじめに初等量子力学を復習してから量子力学の定式化する手法について学ぶ。その上で、量子化学における近似解法の必要性を学び、摂動法、変分原理などの計算方法を習得を通し、分子の成り立ちと結合理論について学ぶ。

到達目標

【到達目標】最先端における材料科学研究を遂行するためには、原子・分子の世界を支配する量子力学の体系を学び、これを材料や化学の諸問題に適用して、材料がどのような構造や性質を持つに至るかを理解する必要がある。本講義では、量子化学における近似解法を習得して、具体的な応用問題に対する展開的理解力を得ることを目標とする。
【テーマ】対象となる系が複雑になると、量子力学は厳密解を得ることができない。このため種々の近似法を用いて問題の解決にあたることになる。本講義では、量子力学の定式化を踏まえた上で、摂動法や変分原理などの近似法の基礎を理解し、量子化学への応用に備える。

キーワード

シュレディンガー方程式、不確定性、水素型原子、摂動、変分原理、リッツの変分法、二原子(多原子)分子、結合次数

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

板書とT2SCHOLAにて配布する資料を併用して行う。板書内容等をメモするノートは各自で準備すること。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	初等量子力学の復習(1)（粒子の二重性, シュレディンガー方程式, 基本法則）	授業内容に即した課題を与える
第2回	初等量子力学の復習(2)（不確定性, 粒子の運動）
第3回	初等量子力学の復習(3)（水素型原子, N粒子系）
第4回	近似法(1) (摂動論)
第5回	近似法(2)（変分原理、リッツの変分法）
第6回	分子軌道法（1）（水素分子イオン、多電子系の取り扱い）
第7回	分子軌道法（2）(二原子分子、多原子分子、結合次数)

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

講義資料はT2SCHOLAにて配布する

参考書、講義資料等

P. アトキンス著　「物理化学」（上、下）　東京化学同人、原田義也著「量子化学」（上）　裳華房

成績評価の方法及び基準

宿題などの提出物：20%、期末試験：80%を目安に、授業に対する取り組みも加味して総合的に判定する。

履修の条件・注意事項

電磁気学、波動力学等の基礎物理学系課目や線形代数、微分方程式に親しんでいると理解しやすい。
材料量子力学の学習内容を復習していることが望ましい。