國立中山大學102學年度第2學期量子化學課程大綱

國立中山大學 102學年度第2學期課程教學大綱

National Sun Yat-sen University 102Academic year Course syllabus

中文名稱
Course name(Chinese)

量子化學

課號
Course Code

CHEM211

英文名稱
Course name(English)

QUANTUM CHEMISTRY

課程類別
Type of the course

講授類

必選修
Required/Selected

必修

系所
Dept./faculty

化學系

授課教師
Instructor

蔣昭明

學分
Credit

因應嚴重特殊傳染性肺炎(武漢肺炎)，倘若後續需實施遠距授課，授課方式調整如下：

尚未建立傳染性肺炎(武漢肺炎)授課方式調整

因應嚴重特殊傳染性肺炎(武漢肺炎)，倘若後續需實施遠距授課，評分方式調整如下：

尚未建立傳染性肺炎(武漢肺炎)課程評分方式﹝評分標準及比例﹞

課程大綱 Course syllabus

化學系的”物理化學（Physical Chemistry簡稱PChem）”基礎課程包含：熱力學(Thermodynamics)、量子化學(Quantum Chemistry)與動力學（Kinetics）三大主題。多數”物理化學”教材也循此順序講授（如：Atkins或Engel），這是由於熱力學的發展最早也最成熟，同時熱力學原理是巨觀並且與經驗一致的。但以現代化學角度審視，先建立物質組成原子分子的微觀電子能態結構與鍵結圖像，再談化學變化所涉及的問題，譬如熱力學中的內能與熵(談平衡)，或動力學的過渡狀態理論(談反應速率)，是較順理成章的學習路徑。因此我選用McQuarrie的Physical Chemistry前十章為教材，即反映從”量子”出發學”物理化學”的精神，該書之副標題”A Molecular Approach”正呼應此論點。量子力學與傳統經驗有諸多違背，加上需有一定程度數學基礎，首次學習務求抓到觀念要領。課程先回顧大一普化提及的Planck為處理黑體輻射紫外災難所提革命性的量子假說、詭譎的de Broglie物質波、不完全但成功的Bohr氫原子模型理論，引出Schrödinger由古典波方程式演變出的量子力學主導微分方程式Schrödinger equation。接著展示用Schrödinger equation解古典粒子運動問題，包含盒中平移粒子、簡諧振動、剛體轉動。集合了解決上述問題的數學基礎，如本徵算子、邊界條件、多項式解法、座標變換，以及能量不連續、波粒二元、波函數機率詮釋、測不準原理及穿隧效應量子概念，才具備處理氫原子中受庫侖作用單電子運動問題的條件。奠基於有精確波函數解的氫原子，以此系統作為比對參考，驗證兩種解方程式的近似法：變分法與微擾法之可靠性，方能擴充用於解決複雜多電子原子、雙原子分子、多原子分子的體系。

課程目標 Objectives

建立以Schrödinger Equation處理原子分子結構與鍵結的方法

授課方式 Teaching methods

版書為主輔以模型圖片說明

評分方式﹝評分標準及比例﹞Evaluation (Criteria and ratio)等第制單科成績對照表 letter grading reference

1.midterm exam：50%
2.final exam：50%

參考書/教科書/閱讀文獻 Reference book/ textbook/ documents
〔請遵守智慧財產權觀念，不可非法影印。教師所提供之教材供學生本人自修學習使用,不得散播及做為商業用途〕
No copies for intellectual property rights. Textbooks provided by the instructor used only for self-study, can not broadcast or commercial use

“Physical Chemistry: a molecular approach”，Donald A. McQuarrie and John D. Simon，1997 University Science Books。

彈性暨自主學習規劃 Alternative learning periods

本門課程是否有規劃實施學生彈性或自主學習內容（每1學分2小時）

Is any alternative learning periods planned for this course (with each credit corresponding to two hours of activity)?

否：教師需於「每週課程內容及預計進度」填寫18週課程進度（每1學分18小時之正課內容）。
No：The instructor will include an 18-week course plan in the weekly scheduled progress (each credit corresponds to 18 hours of instruction)

是：教師需於「每週課程內容及預計進度」填寫16週課程內容（每1學分16小時之正課內容），並於下列欄位填寫每1學分2小時學生彈性或自主學習內容。
Yes：The instructor will include a 16-week course plan in the weekly scheduled progress (each credit corresponds to 16 hours of instruction);the details of the planned alternative learning periods are provided below (each credit corresponds to two hours of activity).

學生彈性或自主學習活動 Alternative learning periods	勾選或填寫規劃內容 Place a check in the appropriate box or provide details	時數 Number of hours
學生分組實作及討論 Group work and discussion
參與課程相關作業、作品、實驗 Participation in course-related assignments, work, or experiments
參與校內外活動（研習營、工作坊、參訪）或競賽 Participation in on- or off-campus activities (e.g., seminars, workshops, and visits) or competitions
課外閱讀 Extracurricular reading
線上數位教材學習 Learning with online digital learning materials
其他（請填寫規劃內容） Other (please provide details)

每週課程內容及預計進度 Weekly scheduled progress

週次	日期	授課內容及主題
1	2014/02/17~2014/02/23	The Dawn of the Quantum Theory
2	2014/02/24~2014/03/02	national holidays
3	2014/03/03~2014/03/09	The Classical Wave Equation
4	2014/03/10~2014/03/16	The Schrödinger Equation and a Particle in a Box
5	2014/03/17~2014/03/23	Some Postulates and General Principles of Quantum Mechanics
6	2014/03/24~2014/03/30	The Harmonic Oscillator and the Rigid Rotator: Two Spectroscopic Models
7	2014/03/31~2014/04/06	university activities
8	2014/04/07~2014/04/13	The Harmonic Oscillator and the Rigid Rotator: Two Spectroscopic Models
9	2014/04/14~2014/04/20	midterm exam
10	2014/04/21~2014/04/27	The Hydrogen Atom
11	2014/04/28~2014/05/04	The Hydrogen Atom
12	2014/05/05~2014/05/11	Approximation Methods
13	2014/05/12~2014/05/18	Approximation Methods
14	2014/05/19~2014/05/25	Multielectron Atoms
15	2014/05/26~2014/06/01	Multielectron Atoms
16	2014/06/02~2014/06/08	The Chemical Bond: Diatomic Molecules
17	2014/06/09~2014/06/15	Bonding in Polyatomic Molecules
18	2014/06/16~2014/06/22	final exam

課業討論時間 Office hours

時段1:
時間：星期二16:10-18:10
地點：C4013
時段2：
時間：星期五16:10-18:10
地點：C4013

系所學生專業能力/全校學生基本素養與核心能力 basic disciplines and core capabilitics of the dcpartment and the university

系所學生專業能力/全校學生基本素養與核心能力

課堂活動與評量方式

本課程欲培養之能力與素養

紙筆考試或測驗

課堂討論︵含個案討論︶

個人書面報告、作業、作品、實驗

群組書面報告、作業、作品、實驗

個人口頭報告

群組口頭報告

課程規畫之校外參訪及實習

證照/檢定

參與課程規畫之校內外活動及競賽

課外閱讀

※系所所學生專業能力

1.紮實的化學專業知識

2.熟練的儀器操作及實驗技巧

3.具有基本的藝術及社會人文素養

4.團隊合作及負責的能力

5.終身學習與應運社會變遷之能力

6.瞭解目前及未來產學的發展

※全校學生基本素養與核心能力

1.表達與溝通能力。

2.探究與批判思考能力。

3.終身學習能力。

4.倫理與社會責任。

5.美感品味。

6.創造力。

7.全球視野。

8.合作與領導能力。

9.山海胸襟與自然情懷。

本課程與SDGs相關項目：The course relates to SDGs items:

尚未建立SDGS資料

本課程校外實習資訊: This course is relevant to internship:

本課程無註記包含校外實習