到達目標
１．原子構造、分子構造を量子化学の観点で説明できる。
２．機器分析（回転・振動分光、電子遷移、磁気共鳴）についての原理を説明できる。
３．生命現象を物理化学的に理解する。
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(可) | 未到達レベルの目安 |
| 評価項目1 | 水素原子・多原子分子の構造を量子化学の観点で説明できる。分子構造を原子価結合法、分子軌道法で説明でき、ヒュッケル法で分子軌道を解くことができる。 | 原子構造、分子構造を量子化学の観点で説明できる。 | 原子構造、分子構造を量子化学の観点で説明できない。 |
| 評価項目2 | 回転・振動分光、電子遷移、磁気共鳴の機器分析についての原理を説明でき、量子化学の観点でも説明できる。 | 回転・振動分光、電子遷移、磁気共鳴の機器分析についての原理を説明できる。 | 回転・振動分光、電子遷移、磁気共鳴の機器分析についての原理を説明できない。 |
| 評価項目3 | 生命現象を物理化学的に理解する | 生命現象の物理化学的説明を例をあげてできる。 | 生命現象を物理化学的に理解できない |
学科の到達目標項目との関係
学習・教育到達度目標 B-2
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学習・教育到達度目標 B-2
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教育方法等
概要:
本科５年生の物理化学Ⅳ、生物物理化学で培った量子化学分野、生物物理化学分野ついて展開した内容になる。
本科５年生では、量子化学の基礎として、微視的な系の動力学とシュレディンガー方程式を理解し、並進、回転、振動運動へと展開してきた。そのことを前提にして、原子構造様々なオービタルについて学修した。本科目では、さらに拡張をして、多電子原子（8B）、原子ー原子の化学結合（原子価結合法、分子軌道法）（テーマ9）を理解することで、原子、分子の構造を量子化学的に理解する。また、これらが本科で学修してきたが、天下り的であった構成原理、パウリの原理、混成軌道、共鳴、結合性軌道・反結合性軌道などの物理化学的背景（本質）であり、これらの理解を深めてほしい。
量子化学を理解することはさまざまな物質の測定原理を理解することに通じている。本講義では分子分光法（テーマ11）、磁気共鳴（テーマ13）を理解し、機器分析の原理の理解を深める。また、神経細胞のシグナル伝達（12章）、筋収縮（17章）などの生命現象の物理化学的理解を深める。
授業の進め方・方法:
講義形式で行う。量子論は「アトキンス物理化学要論第７版」の関連部分（テーマ7、8、9、11、13など）、生物物理化学は「Essential細胞生物学第４版」の12、17章を中心に行う。本科で学修した無機化学１・２、有機化学１・２・３（生物有機化学）、物理化学１・２・３・４（生物物理化学）、生物化学１・２、生物工学基礎、生物工学、機器分析学１・２は重要であることから、これらの理解が不十分である場合は、当該部分の復習をして理解を深めて授業に臨んでほしい。また、時間的制約からすべての問題を授業中に解くことはできないので、自主的にこれらの問題を解いて理解を深めてほしい。学修単位科目であることから事前、事後の学修として、レポート課題にするので指定した期日までに提出をすること。
注意点:
本科目は試験80％、ポートフォリオ（レポート課題）20％で評価する。
本講義では、本科の物理化学系、無機化学系の科目（原子構造、分子構造）、機器分析系の科目（分子分光法、磁気共鳴）、生物系の科目（生命現象を物理化学的理解）の理解が基盤となる。本科でのこれらの科目の着実な理解が不可欠であり、不十分である場合は復習等により理解をしっかりしておくこと。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
概要説明
量子論 |
量子論の基本を説明できること
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| 2週 |
量子論 |
波動関数、波動方程式、並進・回転・振動運動を理解・説明できること。
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| 3週 |
量子論と原子構造 |
水素型原子の構造について理解できること。
水素の発光スペクトルを説明できること。
量子数を説明できること。
オービタル（ｓ、ｐ、ｄオービタル）を説明できること。
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| 4週 |
量子論と原子構造 |
多電子原子の構造について理解できること。
オービタル近似を説明できること。
フントの規則、パウリの原理、構成原理（浸透と遮蔽）が説明できること。
つじつまの合う場（HF-SCF）を説明できること。
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| 5週 |
量子論と化学結合
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原子価結合法（VB法）について理解できること。
昇位、混成を説明できること。
共鳴を説明できること。
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| 6週 |
量子論と化学結合 |
分子軌道法（MO法）を理解できること。
等核二原子分子の分子軌道法（LCAO-MO法）を説明できること。
結合性、反結合性オービタルを説明できること。
σ結合、π結合を説明できること。
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| 7週 |
量子論と化学結合 |
異核二原子分子の分子軌道法を説明できること。
フロンティアオービタルについて説明できること。
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| 8週 |
量子論と化学結合 |
多原子分子の分子軌道法を説明できること。
ヒュッケル法で分子軌道が計算できること。
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| 2ndQ |
| 9週 |
中間試験 |
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| 10週 |
中間試験返却 |
中間試験範囲で理解不十分であった点を認識する。理解できていた点についても別解法や多角的な理解を深める。
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| 11週 |
分子分光法 |
分子分光を理解できること。
吸収、発光、蛍光、りん光を説明できること。
ラマン分光法、赤外分光法を説明できること。
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| 12週 |
磁気共鳴 |
磁気共鳴を説明できること。
核磁気共鳴法、電子常磁性共鳴を説明できること
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| 13週 |
生物と物理化学 |
神経細胞のシグナル伝達が理解できること。
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| 14週 |
生物と物理化学 |
筋収縮が理解できること。
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| 15週 |
期末試験 |
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| 16週 |
試験返却 |
期末試験範囲で理解不十分であった点を認識する。理解できていた点についても別解法や多角的な理解を深める。
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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 | 無機化学 | 主量子数、方位量子数、磁気量子数について説明できる。 | 5 | |
| 電子殻、電子軌道、電子軌道の形を説明できる。 | 5 | |
| パウリの排他原理、軌道のエネルギー準位、フントの規則から電子の配置を示すことができる。 | 5 | |
| イオン化エネルギー、電子親和力、電気陰性度について説明できる。 | 5 | |
| 電子配置から混成軌道の形成について説明することができる。 | 5 | |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 0 | 0 | 0 | 20 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 0 | 0 | 0 | 20 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |