科目ナンバー

SE-BC3-6B13

履修条件・関連科目等

これまでの物理化学系の科目を履修して「熱力学」「量子論」についての基礎を身につけていること。これらに関連する箇所は教科書の該当箇所・補講教材を指示するので、習熟度に応じて復習に時間を割く必要がある。さらに、高校あるいは大学の物理科目で習う「古典力学」「電磁気学」の基礎も理解していることが望ましい。３年次に『量子化学』も併せて履修すると理解が深まる。本科目で扱う内容は、応用化学科の必修科目である『応用化学実験４（物理化学実験）』を深く理解するためにも役立つ。

授業で使用する言語

日本語

授業で使用する言語（その他の言語）

授業の概要

物質の構成要素である「分子のかたち」や、「分子のあいだにどのような相互作用が働き液体や固体がつくられるのか」、そのような「ミクロな分子論的知見がマクロな物性にどう関わるか」は分子論に基づく物理化学の中心的テーマである。これまでに、さまざまな実験や理論計算（近年ではデータ科学を含む）により精細な知識が積み重ねられてきた。
本講義では、分子構造を調べるための分子分光法の基礎について解説し、分子の回転や振動を調べることにより分子構造を決定する方法や、電子遷移や電子励起状態の性質を調べる方法などを説明する。つぎに、分子間相互作用の起源を説明し、高分子や分子集合体の構造がどのように決まるかを述べる。最後に、これらのミクロな分子論の知識と、物質のマクロな熱的性質（化学熱力学）とをつなぐ「統計熱力学」の考えを導入し、物質の化学的性質を分子論的に理解する基礎を学ぶ。

科目目的

我々が肉眼で観測できる物質の性質の多くは、モル単位（アボガドロ定数個）の「膨大な」分子が集合して発現する「平均的な」物性である。これまでに学んできた化学熱力学では、これらのマクロな物性についての理解を深めてきた。一方で、分子はそれぞれ特有のかたちをしており、その構造や分子同士にはたらく力が物質の性質の起源となる。
本科目で学ぶ構造化学とは、分子の個々の状態・構造に注目する「分子論」に基づいて、物質の性質を理解する物理化学の一分野である。本科目ではミクロな視点を与える分子論（分子分光学や分子間相互作用）の基礎から始め、それらの全貌を理解することを目的とする。また関連する分光測定技術についての理解を深めることも目的とする。さらに、物質のミクロな性質とマクロな性質をつなぐ統計熱力学の基礎を学ぶことで、「分子論に基づいて物質の化学的性質がどう説明されるか」を理解することを目的とする。これらによって、分子論に立脚した物理化学を俯瞰的に理解することを目指す。

到達目標

分子のかたちを調べる分子分光学の基礎（理論および実験技術）について理解する。液体や固体を形成する基盤となる分子間相互作用の種類や性質についてその基礎を理解する。個々の分子に関する性質をマクロな熱力学的物性と結びつける統計熱力学の基礎概念（ボルツマン分布や分配関数）を理解する。これらの概要を自分の言葉で説明できるようになる。

授業計画と内容

第１回　　光と分子の相互作用、分子分光法の実際
第２回　　回転分光（１）：光吸収と散乱の古典論、回転遷移の選択概律
第３回　　量子論の基礎、ボルツマン分布則＊
第４回　　振動分光（１）：分子振動の古典論、振動遷移の選択概律
第５回　　回転分光（２）：回転遷移の個別選択律＊
第６回　　振動分光（２）：基準振動と分子の対称性、振動遷移の個別選択律＊
第７回　　遠心力歪み、振動の非調和性と振動回転分光
第８回　　紫外可視近赤外分光：電子遷移、スペクトル定量分析
第９回　　蛍光分光と励起状態の緩和過程
第１０回　分子間相互作用（１）：電気的相互作用＊
第１１回　分子間相互作用（２）：水素結合と疎水効果
第１２回　統計熱力学（１）：分配関数と熱力学量の導出＊
第１３回　統計熱力学（２）：熱力学的性質の起源＊
第１４回　総括

＊で示した回はオンデマンド講義として実施する。各回100分相当の講義動画を公開し、既習事項に関する復習教材も公開することがある。これらは繰り返し視聴できるので、復習に役立てること。詳細はmanabaのコースニュースにて連絡する。

授業時間外の学修の内容

指定したテキストやレジュメを事前に読み込むこと／授業終了後の課題提出／その他

授業時間外の学修の内容（その他の内容等）

毎回の講義終了後に演習問題（レポート課題）を出題する。それに取り組むことで講義内容の復習をする。
講義資料は講義の前後に配布する。毎回の演習問題に対する解説もオンデマンド資料として公開する。それらを活用して講義の予習・復習をすること。
講義の前提となる熱力学・量子論についての習熟が不充分と感じる場合は、講義中に指示する教科書の該当ページやオンデマンド補講教材を活用して復習すること。

授業時間外の学修に必要な時間数／週

・毎週１回の授業が半期（前期または後期）または通年で完結するもの。１週間あたり４時間の学修を基本とします。
・毎週２回の授業が半期（前期または後期）で完結するもの。１週間あたり８時間の学修を基本とします。

成績評価の方法・基準

成績評価の方法・基準（備考）

期末試験とレポート、平常点を総合し、60 %以上の正解により合格とする。

課題や試験のフィードバック方法

授業時間に限らず、manabaでフィードバックを行う／その他

課題や試験のフィードバック方法（その他の内容等）

毎回出題する演習問題に対して、その解答解説を毎回公開する（PDFおよび動画にて）。
講義内容に対する質問・コメントは、manabaの個別指導コレクションで個別に、あるいは掲示板機能を用いて受講生全員に見えるように公開する。

アクティブ・ラーニングの実施内容

その他

アクティブ・ラーニングの実施内容（その他の内容等）

毎回の講義や演習問題についての理解度確認を、Responを使った履修生参加形式で行う。
また、それまでの講義資料を学習していることを前提に、講義中にResponやmanabaを使って小課題に答える部分的な反転授業を行う。これらの講義運営については、講義中、あるいはmanaba コースニュースにて適宜指示する。

授業におけるICTの活用方法

クリッカー／その他

授業におけるICTの活用方法（その他の内容等）

Manabaを活用して講義内容に関する質問に答える。
Webexなどで、講義に関連する動画を配信する。

実務経験のある教員による授業

いいえ

【実務経験有の場合】実務経験の内容

【実務経験有の場合】実務経験に関連する授業内容

テキスト・参考文献等

テキスト：
[1] 講義資料としてスライドPDFを配布する
[2] P. W. Atkins・J. de Paula 著，千原 秀昭・稲葉 章・鈴木 晴 訳『アトキンス 物理化学要論（第７版）』 東京化学同人，ISBN：9784807909773

参考文献：
分子分光学に関する書籍
[3] 中田 宗隆 著『基礎コース物理化学Ⅱ分子分光学』東京化学同人，ISBN：9784807909377
[4] 日本分光学会 編『分光測定入門シリーズ１分光測定の基礎』講談社，ISBN：9784061571075
統計熱力学に関する書籍
[5] D. A. McQuarrie・J. D. Simon 著，千原 秀昭・江口 太郎・齋藤 一弥 訳『物理化学（下）分子論的アプローチ』東京化学同人，ISBN：9784807905090

その他特記事項

中学校及び高等学校一種免許状（理科）の教員免許の取得において、本科目は選択科目の一つである。

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