到達目標
１．等核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位と波動関数を導出することができる。また記号σ, π, g, uを用いてMOの分類ができる。簡単な等核2原子分子・イオンの結合次数を算出できる。
２．異核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位と波動関数を導出することができる。
３．多原子分子及び固体結晶に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位と波動関数を導出することができる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 最低限の到達レベルの目安(可) |
| 評価項目1 | 等核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位と波動関数を導出することができる。また記号σ, π, g, uを用いてMOの分類ができる。簡単な等核2原子分子・イオンの結合次数を算出できる。 | 等核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位を導出することができる。また記号σ, π, g, uを用いてMOの分類ができる。 | 等核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位の導出の方法を説明できる。 |
| 評価項目2 | 異核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位と波動関数を導出することができる。 | 異核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位を導出することができる。 | 異核2原子分子に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位の導出方法を説明できる。 |
| 評価項目3 | 多原子分子及び固体結晶に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位と波動関数を導出することができる。 | 多原子分子及び固体結晶に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位を導出することができる。 | 多原子分子及び固体結晶に原子軌道1次結合-分子軌道（LCAO-MO）法を適用することで、エネルギー準位の導出方法を説明できる。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
本講義は、化学分野の基盤科目である物理化学の中でも、２０世紀前半に急速に進展した量子化学について、その基礎を数学的手段を駆使した一貫した理論体系として把握する。次に化学への重要な応用として、分子と固体結晶の電子状態に関して数理的に理解することを学ぶ。具体的問題解法を多く取り入れることで理解力を涵養し、応用化学分野への適応能力を身につける。この科目は企業で、半導体集積素子の設計及び製造プロセスの研究・開発を担当していた教員が、その経験を活かし、多原子分子から固体について量子化学に基づいて講義形式で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
授業内容は授業計画を参照すること。基本的に講義形式をとる。板書が主体であるが，関連資料のスライド紹介も取り入れる（特に分子軌道）．学生への発問はするので（3-5回/1コマ），積極的に答えること。指名されない学生も積極的に考えること。計15回（計約60問）の課題は、自主的に考えて解き問題解法の力を養うこと。
注意点:
5年生前期までの数学・物理・物理化学系科目の知識を前提として活用するので、これらの内容をしっかり復習しておくこと。また授業各回毎に出された課題の実施を含む自学自習が不可欠である。授業時間内に自学自習課題の解説を十分に行うことは不可能なので、疑問点があれば質問に来ること。質問にあたっては、先ず自分で調べ考えてみて、何が理解できなかったのかをはっきりさせてから質問に来ること。
シラバス指定参考書：近藤保・真船文隆著 「新化学シリーズ 量子化学」 裳華房
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ボルン-オッペンハイマー（B-O）近似 |
B-O近似による水素分子イオンをモデル図示し、ハミルトニアンを書き下すことができる。
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| 2週 |
原子価結合（VB）法 |
VB法を水素分子に適用し、エネルギー準位と波動関数を導くことができる。
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| 3週 |
原子価結合（VB）法 |
VB法による多原子分子の考え方を説明できる。
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| 4週 |
分子軌道（MO）法 |
原子軌道1次結合（LCAO）によるMOの構成について説明できる。
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| 5週 |
分子軌道（MO）法 |
MO法を水素分子イオンに適用し、エネルギー準位と波動関数を導くことができる。
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| 6週 |
分子軌道（MO）法 |
MO法を等核2原子分子に適用し、エネルギー準位と波動関数を導くことができる。記号σ, π, g, uを用いてMOの分類ができる。簡単な等核2原子分子・イオンの結合次数を算出できる。
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| 7週 |
異核2原子分子 |
MO計算に適用する変分原理を数理的に証明する方法を説明できる。
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| 8週 |
中間試験 |
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| 4thQ |
| 9週 |
異核2原子分子 |
変分法を異核2原子分子モデルに適用し、重なり積分, クーロン積分, 共鳴積分, 永年方程式について説明できる。
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| 10週 |
異核2原子分子 |
異核2原子分子モデルに変分法を適用し、さらなる簡単化を行うことで、HF分子σ電子軌道のエネルギー準位と状態関数を導出できる。
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| 11週 |
多原子分子 |
ヒュッケル近似について概要説明できる。エテン分子にヒュッケル近似を適用し、エネルギー準位を導出できる。
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| 12週 |
多原子分子 |
3ブタジエン分子パイ電子軌道にヒュッケル近似を適用し、エネルギー準位を導出し波動関数の概形を描ける。
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| 13週 |
多原子分子 |
ベンゼン分子パイ電子軌道にヒュッケルMO法を適用し、エネルギー準位を導出できる。
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| 14週 |
多原子分子 |
ベンゼン分子パイ電子軌道のヒュッケルMO法による波動関数とその概形を説明できる。
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| 15週 |
固体の電子状態 |
LCAO-MO法を結晶モデルに適用し、エネルギーバンド構造の導出ができる。フェルミ-ディラック分布を用いた絶縁体・半導体の電子構造について説明できる。
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| 16週 |
期末試験答案返却・解答解説 |
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 化学・生物系分野 | 物理化学 | 気体の法則を理解して、理想気体の方程式を説明できる。 | 2 | |
| 気体の分子速度論から、圧力を定義して、理想気体の方程式を証明できる。 | 2 | |
| 純物質の状態図(P-V、P-T)を理解して、蒸気圧曲線を説明できる。 | 4 | |
| 2成分の状態図(P-x、y、T-x、y)を理解して、気液平衡を説明できる。 | 4 | |
| 束一的性質を説明できる。 | 4 | |
| 蒸気圧降下、沸点上昇より、溶質の分子量を計算できる。 | 4 | |
| 凝固点降下と浸透圧より、溶質の分子量を計算できる。 | 4 | |
| 相律の定義を理解して、純物質、混合物の自由度(温度、圧力、組成)を計算し、平衡状態を説明できる。 | 4 | |
| 熱力学の第一法則の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
| エンタルピーの定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
| 化合物の標準生成エンタルピーを計算できる。 | 4 | |
| エンタルピーの温度依存性を計算できる。 | 4 | |
| 内部エネルギー、熱容量の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
| 熱力学の第二・第三法則の定義と適用方法を説明できる。 | 4 | |
| 純物質の絶対エントロピーを計算できる。 | 4 | |
| 化学反応でのエントロピー変化を計算できる。 | 4 | |
| 化合物の標準生成自由エネルギーを計算できる。 | 4 | |
| 気体の等温、定圧、定容および断熱変化のdU、W、Qを計算できる。 | 4 | |
評価割合
| 定期試験 | 小テスト | ポートフォリオ | 発表・取り組み姿勢 | レポート・課題 | 合計 |
| 総合評価割合 | 50 | 0 | 0 | 0 | 50 | 100 |
| 基礎的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 10 | 20 |
| 専門的能力 | 30 | 0 | 0 | 0 | 30 | 60 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 0 | 10 | 20 |