【物理化学Ⅰ】
(Physical Chemistry I)
[物理学科 3群 B選択 科目(配当年次: 第1学年 ) ]
[化学科 3群 必修 科目(配当年次: 第1学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 石川春樹
授業期間: 後期  15コマ 科目分担者:
授業形態: 講義  週1コマ
 
授業の目的

自然界の多様な物質の性質とその変化に関する基本原理を身につけることが物理化学Iおよび物理化学IIを通した目的である。物理化学Iでは化学熱力学の基礎を取り扱い,物質の巨視的な性質の基本原理とその記述方法を学び,自発的変化の方向や相変化や化学平衡などの様々な現象がどのように決定されるかを判断できるようになることを目指す。

教育内容

物質の状態や変化を表す種々の熱力学関数(内部エネルギー,エンタルピー,ヘルムホルツエネルギー,およびギブズエネルギーなどのエネルギーと,温度,圧力,体積,エントロピー,物質量など)を導入し,物質の熱的性質との関係を解説する。さらに,それらを用いた物理平衡,化学平衡の取り扱いおよびその応用方法を解説する。

教育方法

板書が中心であるが,必要に応じてパワーポイントによる図の提示を行う。講義中及びレポートによる問題演習により理解を深めさせる。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

熱力学第一法則,気体の膨張による仕事(1)

石川

熱と仕事の違い分子論的に理解すると共に体積膨張による仕事の計算方法を学ぶ。

2回

気体の膨張による仕事(2),定積温度変化

石川

体積膨張の仕方による仕事の違いを認識する。また,熱容量の概念を学ぶ。

3回

定圧温度変化とエンタルピー

石川

定圧温度変化に基づき,エンタルピーを定義すると共にその性質を理解する。

4回

熱化学(1)

石川

化学反応や相変化に伴う熱化学を理解する。

5回

熱化学(2)

石川

反応エンタルピーの温度変化を学ぶ。

6回

中間のまとめ(1)

石川

中間テストを行うと共に,その解説をする。

7回

エントロピーの導入

石川

エントロピー導入の必要を理解し,その概念を学ぶ。

8回

エントロピーと自発過程

石川

エントロピーに基づいた自発過程の方向の考え方を学ぶ。

9回

種々の過程に伴うエントロピー変化

石川

温度変化,相変化,化学変化におけるエントロピー変化の評価を行う。

10回

ギブズエネルギー,ヘルムホルツエネルギーの導入

石川

自発過程の判断に有効なギブズエネルギー,ヘルムホルツエネルギーを学ぶ。

11回

中間のまとめ(2)

石川

12回

化学ポテンシャルの導入とその性質

石川

平衡を考える上で不可欠な化学ポテンシャルを導入し,その性質を理解する。

13回

混合の熱力学

石川

混合における熱力学変数の変化を考える。

14回

化学平衡

石川

ギブズエネルギーに基づいた化学平衡の取り扱いを学ぶ。

15回

外部条件に対する化学平衡の応答

石川

平衡に対する圧力,温度の効果を考察し,ルシャトリエの原理を理論的に理解する。

 
到達目標

種々の化学熱力学関数の関係を理解し適切に使うことで,自発変化の方向を正しく判断できたり,化学平衡について熱力学的に考察できたりするようになる。

評価基準

中間テスト(30%,2回),定期試験(40%)により総合的に評価する。欠席およびレポートの未提出は減点の対象とする。

準備学習
(予習・復習)

簡単な微分と積分,前期開講の物理化学概論を復習しておくこと。
毎回の問題演習のレポートにより前の授業の復習を行うと共に,テキストの予習により次回の授業に備える。

その他

物理学科の学生へ:次年度前期開講の物理化学IIは物理化学Iの履修を前提とするので,履修選択時に注意すること。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 アトキンス 物理化学 第10版(上)(下) Peter Atkins, Julio de Paula 千原秀昭・中村亘男訳 東京化学同人 上6,156円 下6,264 円
参考書 化学熱力学 佐々木幸夫 他 朝倉書店 3,780円
化学熱力学 原田義也 裳華房 3,456円