量子化学

科目基礎情報

学校	群馬工業高等専門学校	開講年度	令和08年度 (2026年度)
授業科目	量子化学
科目番号	4K014	科目区分	専門 / 必修
授業形態	授業	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	物質工学科	対象学年	4
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	マッカーリ・サイモン物理化学　上分子論的アプローチ：D. A. McQuarrie J. D. Simon著　千原秀昭、江口太郎、齋藤一弥 訳：東京化学同人
担当教員	深澤 永里香

到達目標

□ 量子論の誕生の歴史的背景と実験事実を説明できる。
□ 波動関数の数学的性質を理解し、波動方程式の一般解を求められる。
□ シュレディンガー方程式がかける。
□ 多電子原子の原子軌道について、水素原子の軌道から考察できる。
□ 分子の振動、回転状態について原子軌道の異方性から考察できる。
□ 分子の波動方程式を近似的に解く方法を理解する。

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	未到達レベルの目安
評価項目1	量子論が誕生するまでの歴史的実験について理解して十分に説明できる。	量子論が誕生するまでの歴史的実験について理解して説明できる。	量子論が誕生するまでの歴史的実験について説明できない。
評価項目2	物質波の考えと原子モデルについて理解して十分に説明できる。	物質波の考えと原子モデルについて理解して説明できる。	物質波の考えと原子モデルについて説明できない。
評価項目3	シュレディンガー方程式と波動関数の数学的性質について理解して十分に説明できる。	シュレディンガー方程式と波動関数の数学的性質について理解して説明できる。	シュレディンガー方程式と波動関数の数学的性質について説明できない。
評価項目4	水素原子内の電子の軌道について理解して十分に説明できる。	水素原子内の電子の軌道について理解して説明できる。	水素原子内の電子の軌道について説明できない。
評価項目5	分子軌道論と原子価結合論の違いを理解して十分に説明できる。	分子軌道論と原子価結合論の違いを理解して説明できる。	分子軌道論と原子価結合論の違いを説明できない。
評価項目6	二原子分子や多原子分子の分子軌道について理解して十分に説明できる。	二原子分子や多原子分子の分子軌道について理解して説明できる。	二原子分子や多原子分子の分子軌道について説明できない。

学科の到達目標項目との関係

準学士課程 C （各学科における専門科目を学習することにより、技術的課題を理解し対応できる。）

教育方法等

概要:

量子力学が誕生するまでの歴史とそこから導かれる原子の電子配置を簡単に復習し、量子化学に関する基本的な概念を学ぶ。エチレンやベンゼンなどの簡単な分子のシュレディンガー方程式を近似法で解き、そこから分子の性質や反応性をどのように予測し、実際の話と整合するかを学ぶ。

授業の進め方・方法:

座学

注意点:

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	量子論入門（１）	黒体輻射、光電効果の事実からプランクのエネルギー量子化、アインシュタインの光量子仮説を通して量子仮説の歴史的流れを説明できる。
		2週	量子論入門（２）	水素原子からの発光スペクトルの解釈を通して量子論の誕生を説明できる。
		3週	量子論入門（３）	波動と粒子の二重性からドブロイ波の式、さらに自由粒子のシュレーディンガー方程式を出せる。
		4週	量子論入門（４）	波動方程式、波動関数の数学的性質を理解し、電磁波の波動方程式の一般解を書ける。
		5週	原子（１）	水素原子のシュレーディンガー方程式と変数分離法による解法を説明できる。
		6週	原子（２）	水素原子のシュレーディンガー方程式が厳密に解けることを説明できる。
		7週	原子（３）	水素原子の軌道の解を用いて、多電子原子の原子軌道を説明できる。
		8週	中間試験
	2ndQ
		9週	分子軌道法（１）	分子軌道法と原子価結合法の違いを、水素分子イオンの例を用いて説明できる。
		10週	分子軌道法（２）	二原子分子の分子軌道を説明できる。
		11週	分子軌道法（３）	ヒュッケル近似により炭化水素のπ共役を考察できる。
		12週	分子分光学（１）	電磁波スペクトル領域と分子の回転・振動といった遷移過程の対応を説明できる。
		13週	分子分光学（２）	マイクロ波スペクトルの測定結果から結合長を考察できる。
		14週	量子化学の応用	分析、医療機器、半導体技術への応用を説明できる。
		15週	前期末試験
		16週	答案返却・まとめ	返却後の不正解な解答を修正して、正答できる。

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	有機化学	代表的な官能基を有する化合物を含み、IUPACの命名法に基づき、構造から名前、名前から構造の変換ができる。	4
				σ結合とπ結合について説明できる。	4	前7,前9,前10,前11
				混成軌道を用い物質の形を説明できる。	4	前7,前10,前11
				誘起効果と共鳴効果を理解し、結合の分極を予測できる。	4
				σ結合とπ結合の違いを分子軌道を使い説明できる。	4	前7,前9,前10,前11
				ルイス構造を書くことができ、それを利用して反応に結びつけることができる。	4
				共鳴構造について説明できる。	4
				高分子化合物がどのようなものか説明できる。	4
				代表的な高分子化合物の種類と、その性質について説明できる。	4
				高分子の分子量、一次構造から高次構造、および構造から発現する性質を説明できる。	4
			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。	4	前5,前6
				電子殻、電子軌道、電子軌道の形を説明できる。	4	前5,前6
				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。	4	前5,前6
				代表的な分子に関して、原子価結合法(VB法)や分子軌道法(MO法)から共有結合を説明できる。	4	前6,前7
				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。	4	前7,前9,前10,前11
				配位結合の形成について説明できる。	4	前7
				代表的な元素の単体と化合物の性質を説明できる。	4
			分析化学	光吸収について理解し、代表的な分析方法について説明できる。	4
				Lambert-Beerの法則に基づく計算をすることができる。	4

評価割合

	試験	レポート・演習	相互評価	態度	ポートフォリオ	その他	合計
総合評価割合	70	20	0	0	0	10	100
基礎的能力	40	10	0	0	0	10	60
専門的能力	30	10	0	0	0	0	40
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0