【化学熱力学】
(Chemical Thermodynamics)
[生物科学科 3群 B選択 科目(配当年次: 第1学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 松沢英世
授業期間: 前期  15コマ 科目分担者:
授業形態: 講義  週1コマ
 
授業の目的

化学熱力学は、自然科学を学ぶ上で非常に重要で普遍的な学問である。この講義では生物科学を学ぶ学生が、化学熱力学の概念に慣れ、基本的な事例を、専門的な熱力学の用語を用いて理解し、取り扱うことができるようになる。

教育内容

熱力学の基本法則(内部エネルギーとエンタルピー,熱とエントロピー,ギブスエネルギーと平衡,相平衡,酸化還元,輸送の熱力学など)について、生命現象との関わりを含めた内容にすることで、理解を深め、より実用的な化学熱力学を講義する。

教育方法

配布プリントをもとに、板書中心の講義を行う。レポートを課すことで講義内容の復習に役立てる。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

授業内容説明,基本概念の確認

松沢

授業概要を説明後、化学熱力学を学ぶ上で基礎となる事項を確認する。化学熱力学で登場する物理量とその単位。完全微分と状態量。気体の法則と気体分子運動論について解説する。

2回

熱力学第一法則(1) エンタルピーの定義

松沢

仕事と熱,内部エネルギーとエンタルピー,熱容量について学ぶ。

3回

熱力学第一法則(2) エンタルピー変化

松沢

エンタルピー変化の具体例として、物理過程と化学変化に伴うエンタルピー変化について学ぶ。

4回

熱力学第二法則(1) エントロピーの導入

松沢

自発変化の方向とエントロピーについて、化学反応に伴うエントロピー変化と分子論的解釈について学ぶ。

5回

熱力学第二法則(2) エントロピーと生命現象

松沢

生命現象と第二法則の関わりについて具体例を交えて解説する。

6回

相平衡(1) ギブズエネルギーの導入

松沢

相転移の熱力学,ギブズエネルギー変化の基礎を学ぶ。化学ポテンシャルと束一的性質を理解する。

7回

相平衡(2) 相転移とギブズエネルギー

松沢

生体高分子や凝集体における相転移を紹介する。

8回

中間テスト

松沢

これまで学んだことを整理し、知識を固める。

9回

化学平衡(1) ギブズエネルギーと化学平衡

松沢

反応のギブズエネルギー変化と平衡の移動(触媒,温度の影響)について学ぶ。

10回

化学平衡(2) 生体反応における平衡

松沢

生体エネルギー論における共役反応,プロトン移動平衡の熱力学を学ぶ。

11回

酸化還元の熱力学(1) 電気化学の基礎

松沢

標準電位,ネルンストの式について学び、生物学的電子移動反応の基礎を理解する。

12回

酸化還元の熱力学(2) 生体反応における酸化と還元

松沢

生体エネルギー論における電子移動について、呼吸鎖や植物の光合成を例にあげて解説する。

13回

輸送の熱力学

松沢

イオンチャネルとイオンポンプ。生体膜を通してのイオンの輸送の熱力学を学ぶ。

14回

生命を支えるATP

松沢

最後に「エネルギーを生命へ変換するATP」,「生命の中心にあるATP」についてその重要な点を学ぶ

15回

まとめ

松沢

講義で学んだ内容を総括する。

 
到達目標

化学熱力学の基礎を理解し、生命現象を含めて様々な過程における熱力学量の変化や化学平衡について考察ができる。学生諸君がとるべき具体的な達成目標は、レポートの問題の意図(背景)を十分に理解した上で、個々の問題を自力で解けるようになることである。

評価基準

中間,定期試験はレポート課題をベースとした問題を出題する。合格点をとるには、レポート問題の正答率が60~70%以上である必要がある。評価は、レポートと中間,期末試験の結果から総合的に評価する。欠席やレポート未提出は減点の対象となる。

準備学習
(予習・復習)

前回の授業内容を理解し、次回の講義に備える。レポートの課題を解くことが復習学習になる。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 資料を配布する
参考書 アトキンス 生命科学のための物理化学 第2版 P.W. Atkins・J.dePaula著 稲葉 章・中川敦史 訳 東京化学同人 6300円 + 税
生命科学系のための物理化学 R. Chang 著 岩澤康裕 他 訳 東京化学同人 4900円+税