物質の科学・量子化学（‘０３）

HOME 2004/11/08 1666410.doc 科目名物質の科学・量子化学(03) 1/2 ＝物質の科学・量子化学（‘０３）＝（TV）〔主任講師：平尾公彦（東京大学教授）〕〔主任講師：濱田嘉昭（放送大学教授）〕全体のねらい原子が結合して分子ができる。分子がさらに集合して、私たちが目にするマクロの物体となる。したがって、物質の性質や反応性を理解するには、分子の成り立ちをミクロの視点にたって理解することが必要である。本講義は、化学結合の起原を量子力学に基づいて解説する。理論の解説では、基本的な考え方をわかりやすく述べることを念頭に置き、ＣＧなど視覚的な理解ができるように努める。また、分子の持つ性質を実験的に調べる手段として、主に分光法をとりあげ、理論的理解と実験的解釈が一致していることを示す。実験の解説では、実際の研究現場とその応用をロケ取材により積極的に取り上げることにする。回テーマ内容執筆担当講師名 (所属･職名) 放送担当講師名 (所属･職名)

1 物質の世界: われわれをとりまく物質世界と物質進化について概観する。また、ミクロの世界を理解するうえでの量子化学の重要性について解説する。原子、分子の基本となる物理量、電子の質量、電荷、プランク定数、光の速度などが実験的にどのように決められたのかを振り返る。平尾公彦（東京大学教授）濱田嘉昭（放送大学教授）平尾公彦（東京大学教授）

2 ミクロの世界: 水素原子のスペクトルを中心に量子論が誕生するまでの歴史を振り返る。ボーア模型を解説し、同時に半古典的なボーア模型の限界を指摘する。平尾公彦平尾公彦

3 水素原子の構造 ‐量子力学の基礎: ‐ 量子力学、波動方程式の基本的な考え方を解説する。まず正確な解の得られる一次元の箱の中の粒子に適用し、ミクロな世界を概観する。また、正確な解が得られる水素原子に適用し、その電子構造や軌道関数を明らかにする。同上同上

4 多電子原子の構造: 水素原子の波動関数を参考にしつつ、Pauli の原理の基づいて一般の原子の電子構造を解説する。原子がどのようにして成り立っているのか、元素のもつさまざまな性質や元素の示す周期律が電子の構造からどのように導き出されるのかを説明する。同上同上

5 二原子分子の結合と電子構造: 厳密解の得られる水素分子イオンの電子構造を解説し、分子の成り立ちについて解説する。また、二原子分子の電子構造を明らかにし、化学結合、共有結合やイオン結合についても解説する。同上同上

6 多原子分子の結合と電子構造: 原子価、混成軌道の概念を導入し、一般の分子の成り立ちを解説する。また、分子の形がどのようにして決まるかを解説する。同上同上

7 π電子系の電子構造: ‐ヒュッケル分子軌道法‐ 簡単な分子軌道法であるH・kel 法を解説し、π共役分子の電子構造を明らかにする。また、吸収スペクトル、化学反応性、芳香性などについて説明する。同上同上 2004/11/08 1666410.doc 科目名物質の科学・量子化学(03) 2/2 回テーマ内容執筆担当講師名 (所属･職名) 放送担当講師名 (所属･職名)

8 ミクロの世界の性質: ミクロの分子は、私たちが通常目にする物体の運動と類似の運動とともに、異なった様相の運動をしている。量子論に基づく分子運動の性質を説明し、それがマクロの物体の運動や性質とどのように関係しているかを解説する。濱田嘉昭（放送大学教授）濱田嘉昭

9 ミクロの世界の観測: 分子の構造や運動あるいは性質を実験によって調べる方法の一つが電磁波と分子の相互作用を利用する分光法である。分子の運動の種類と電磁波の種類との関係、分光法の原理と測定によって得られるスペクトルの解析について説明する。同上同上

10 レーザー分光法－電子励起状態の構造とダイナミクス－: 分子の詳細な情報を得るには、スペクトルのエネルギー分解能を高める必要がある。そのためには電磁波をより精密に分解して測定するか、レーザーなどのエネルギー幅の十分狭い光源を用いる方法がある。レーザーの原理と高分解能分光によって得られる分子の姿を解説する。馬場正昭（京都大学教授）馬場正昭（京都大学教授）

11 高エネルギー分光法－X 線と物質－: エネルギーの大きい電磁波、すなわちＸ線を物質に当てると、イオン化や内殻電子の励起がおこり、また蛍光など二次的な電磁波を放出する。こうした現象の利用により物質のナノ構造から星雲の構造まで観測することが可能である。宇田川康夫（東北大学教授）宇田川康夫（東北大学教授）

12 高速分光法－分子の動的構造－: 分子はピコ秒，さらにはフェムト秒の時間スケール様々な運動をしている。これらの化学過程を調べる測定法の工夫、それらの測定から得られる分子の動的な姿について解説する。濱口宏夫（東京大学大学院教授）濱口宏夫（東京大学大学院教授）

13 高分解分光法－分子の動的構造－: 分子は決して固い棒のようなもので結ばれているのではない。分子のフレキシブルな運動を知る方法、いくつかの分子が相互作用して大きな集団を作っていく様子について、主に高分解分光法の立場から解説する。遠藤泰樹（東京大学大学院教授）遠藤泰樹（東京大学大学院教授）

14 磁気共鳴分光法－磁場と分子－: 核スピンや電子スピンは磁場の中に置かれると，エネルギーの分裂を起こす。このエネルギー差をマイクロ波の吸収によって測定する方法が磁気共鳴法である。磁気共鳴法の原理と応用について解説する。手老省三（東北大学教授）手老省三（東北大学教授）

15 量子化学の最前線: 最近の話題を取り上げ、量子化学、計算化学の最前線と量子化学の役割、将来の可能性について解説する。平尾公彦平尾公彦