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화학의 분과 Chemistry |
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1. 개요
양자화학은 화학과에서 전공과목으로 개설되는 교과목으로서 물리화학을 수강한뒤 양자역학만 심도있게 배우는 학문이다.수학과 친하지 않은 화학과 학생들이 군론의 무기화학과 함께 싫어하는 과목이기도 하다.
화학은 양자역학이 적용되는 전자의 분포를 매우 중요시 여기는 학문이기 때문에, 수강하지 않으면, 여러모로 불편하다. 주기율표를 심층적으로 분석하는 내용도 있다. 결국 원자에서 전자의 이동과 확률분포에 관심을 기울이게 된다.
크게 3부분으로 나눌 수 있는데 첫 파트는 양자역학으로 수소원자까지 다루게된다. 이 부분은 물리학과의 양자역학이나 혹은 물리화학에서 다루는 부분과 별반 다르지 않다.
2번째 파트는 근사적 방법에 대해 배우는데 변분법이나 섭동론을 배우고 이 방법으로 헬륨원자 및 다전자 원자를 근사적으로 기술하는 법을 배우고 교재의 난이도에 따라 페르미온과 보존에 대한 특징도 배우게 된다.
다음 소개하는 부분부터 물리학과와 화학과의 두드러진 차이를 보이게 된다. 바로 양자역학을 분자로 적용시키는 것이다. 여기서 보른-오펜하이머 근사를 적용시켜 단일전자 시스템에서의 기술을 배우고 원자 또는 분자 항 기호를 구하는 방법도 배우고 원자 궤도함수 선형 조합-분자 궤도함수(LCAO-MO) 및 분자오비탈 대칭 선형조합(Symmetry Adapted Linear Combinations)라는 방법도 배우게된다. 이를 수작업으로 전개하는 것은 시간상 매우 비효율적인 일이므로 컴퓨터의 도움을 빌리게된다.
또한 분자 시스템의 양자역학적인 특성을 좀더 잘 묘사하기위해 계산화학에 대한 것도 배운다. 예를 들면 하트리-폭(Hartree-Fock) 방법이나 밀도 범함수 이론(Density Functional Theory) 등을 들 수 있다. 물리학과의 경우 griffith책 기준으로 LCAO-MO는 언급이 있지만 지표표나 분자 대칭은 언급이 없다. 또한 계산화학쪽에 대한 언급은 일체 없다고 봐도 무방할듯 하다. 물론 고체물리학을 배운다면 물리화학에 나오는 LCAO(tight-binding), Hartree-Fock, DFT, 등도 배우게 된다.
마지막으로 분광학의 양자역학적인 해석이 소개된다 먼저 선택 규칙을 배우고 분자의 전자전이, 진동, 회전등의 특징을 선택 규칙과 접목해서 배우게 된다. 그리고 라만분광학의 특징이라든가 핵자기 공명 기법의 양자역학적인 해석을 배우게 된다.