物理化学1のシラバス情報

科目名称
Course title(Japanese)
物理化学1 科目番号
Course number
72CHPHC201
科目名称(英語)
Course title(English)
Physical Chemistry 1
授業名称
Class name
物理化学1
教員名 湯浅 真
Instructor
開講年度学期 2022年度 前期
Year/Semester
曜日時限 水曜3限
Class hours
開講学科
Department
理工学部 先端化学科
外国語のみの科目
(使用言語)
Course in only foreign
languages (languages)
-
単位
Course credit
2.0 授業の主な実施形態
Main class format
対面授業
概要
Descriptions
化学問題を物理学的手法で研究する化学、すなわち、物理化学の領域の中で、化学熱力学、化学平衡論および化学反応速度論が基本となる。その中で、物理化学1は「化学熱力学」について勉強する。特に、物質の状態とエネルギー、物質の状態変化とエントロピー、熱力学ポテンシャル等について、熱力学の第一法則、第二法則および第三法則や状態量(状態関数)等を踏まえて学習する。
目的
Objectives
「化学熱力学」における基本的な体系である古典的かつ巨視的な化学熱力学、すなわち、古典熱力学を理解する。
さらに、本学科が定めるポリシーにおける専門知識の滋養、研究者・技術者の育成実現等のための物理化学系の選択必修科目の一つでもある。
到達目標
Outcomes
本学科が定めるポリシーの研究者・技術者への実現に向けて、熱力学の第一法則、第二法則および第三法則や状態量(状態関数)等を礎にして、物質の状態とエネルギー、物質の状態変化とエントロピー、熱力学ポテンシャル等を説明できるようにし、これらを基本骨格とする「化学熱力学」を会得できるようにすることが目標である。
履修上の注意
Course notes prerequisites
既習得科目:化学1-Aおよび演習、化学1-Bおよび演習、物理学A、数学、微分積分学 等。
同時に習得すべき科目:物理化学2、量子化学1、化学数学1、工業物理化学1、物理化学実験 等。
アクティブ・ラーニング科目
Teaching type(Active Learning)
課題に対する作文
Essay
- 小テストの実施
Quiz type test
ディベート・ディスカッション
Debate/Discussion
- グループワーク
Group work
-
プレゼンテーション
Presentation
- 反転授業
Flipped classroom
-
その他(自由記述)
Other(Describe)
-
準備学習・復習
Preparation and review
(準備学習)各回の授業前に「1時間程度」、事前配布プリントの対応する部分を読み、理解を深めておくこと。特に、対応する部分のキーワードを授業計画に示しておくので参考にすること。
(復習)各回の講義内容を「3時間程度」復習する。具体的には、プリント、板書したこと、レポート等をまとめ、自分なりのオリジナルノートを作成すること。さらに、講義内容対応するプリントの例題を解き、解析・計算法を理解すること。なお、復習での着目点については授業計画に記載するので参考にすること。
成績評価方法
Performance grading
policy
到達度評価試験 80%、レポート 20%
【フィードバックの方法】
到達度評価試験、レポート等の質問、解説等は、その後の授業内・授業後、オフィスアワー内での研究室等において対応する。
学修成果の評価
Evaluation of academic
achievement
・S:到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A:到達目標を十分に達成している
・B:到達目標を達成している
・C:到達目標を最低限達成している
・D:到達目標を達成していない
・-:学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S:Achieved outcomes, excellent result
・A:Achieved outcomes, good result
・B:Achieved outcomes
・C:Minimally achieved outcomes
・D:Did not achieve outcomes
・-:Failed to meet even the minimal requirements for evaluation
教科書
Textbooks/Readings
・教科書を使用する場合は、MyKiTS(教科書販売サイト)から検索・購入可能ですので以下のURLにアクセスしてください。
https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/
 
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参考書・その他資料
Reference and other materials
授業計画
Class plan
1 序論
物理化学の目的および意義、物理化学1、2および3の分担、物理化学1の授業内容、化学熱力学の意義、用語および法則等を学習、理解する。
(復習での着目点)この後多用する熱力学用語、熱力学法則等について確認、理解する。

2~7 状態とエネルギー:熱力学第一法則
本章では2~7回目の授業において、熱力学第一法則に関連した化学熱力学(物質の状態とエネルギー)について学習し、例題やレポート等を交えて理解を深める。

2 (1)熱と仕事
熱と仕事の定義、圧力-体積仕事(P-V仕事)、可逆的仕事、不可逆的仕事等。
(復習での着目点)熱と仕事、可逆的仕事と不可逆的仕事を比較し、理解する。

3 (2)内部エネルギー
  (3)熱力学第一法則
  (4)エンタルピー
エネルギーと内部エネルギー(U)、Uの定義、熱力学第一法則、エンタルピー(H)の定義等。
(復習での着目点)U、H、熱力学第一法則等の意義を理解する。

4 (5)状態量(状態関数)
状態量(状態関数)の定義、状態量と非状態量、関連する数学的知識、状態方程式等。
(復習での着目点)状態量(状態関数)に関連する数学的知識を理解する。

5 (6)状態変化とその過程
圧力-体積-温度(P-V-T)の関係、理想気体、Jouleの法則、過程各論(定容過程、定圧過程、定温過程および断熱過程)、各過程とP-Vの関係、ポリトロープ過程、循環過程(サイクル変化)、状態変化と熱機関等。
(復習での着目点)基本となる4つの状態変化等を比較し、状態変化とその過程を体系的にまとめ、理解する。

6 (7)熱容量とその諸性質①
熱容量の定義、定容熱容量と定圧熱容量、熱容量の理想気体での関係、熱容量を用いたU・Hの温度依存性等。
(復習での着目点)定容熱容量と定圧熱容量の違いを比較し、理解する。
                 
7 (8)熱容量とその諸性質②
  (9)化学反応と熱変化
Mayerの関係式、膨張率と圧縮率、熱容量と諸係数の関係、断熱過程と定温過程の関係、発熱と吸熱、Hessの法則、Kirhhoffの法則等。
(復習での着目点)Mayerの関係式、断熱過程と定温過程の関係、Kirhhoffの法則等を中心に復習する。

8~12 状態変化とエントロピー:熱力学第二、三法則   
本章では8~12回目の授業において、熱力学第二、三法則に関連した化学熱力学(物質の状態変化とエントロピー)について学習し,例題、レポート等を交えて理解を深める。

8 (1)熱力学第二法則とは
  (2)Carnotサイクル①
Clausiusの原理、KelvinまたはThomsonの原理、熱力学第一法則と第二法則、過程の方向性と平衡、可逆性と不可逆性、Carnotサイクル等。
(復習での着目点)Carnotサイクルを中心にまとめ、理解する。

9 (3)Carnotサイクル②
   (4)エントロピーと熱力学第二法則①
熱機関、熱効率、Carnotサイクルとエンジン、Carnotサイクルと他のサイクル、サイクル変化と状態量、エントロピー(S)の定義、熱力学第二法則等。
(復習での着目点)新しい状態関数であるSの定義、導出法等を理解する。

10 (5)エントロピーと熱力学第二法則②
   (6)エントロピーの要約
   (7)エントロピーの諸性質①
熱力学第二法則と可逆・不可逆過程、エントロピー(S)の定義、Sの要約、系のエントロピー変化(⊿S)、可逆・不可逆過程での⊿S等。
(復習での着目点)熱力学第二法則の意義、Sの諸性質等を理解する。

11 (8)エントロピーの諸性質②
理想気体の⊿S、理想気体の混合エントロピー、熱移動に伴う⊿S、相転移と⊿S、諸過程と⊿S等。
(復習での着目点)前回授業の(7)を含めエントロピーの諸性質を体系的にまとめ、理解する。

12 (9)熱力学第三法則
   (10)エントロピーの分子論的解釈
熱力学第三法則、絶対エントロピー、絶対エントロピーの計算、化学反応における⊿S、エントロピーの分子論的解釈等。
(復習での着目点)熱力学第三法則の意義、エントロピーの分子論的解釈等を理解する。

13~14 熱力学ポテンシャル
本章では13~14回目の授業で、熱力学の諸法則や状態量を踏まえた熱力学ポテンシャルとその関連事項について学習し、例題、レポート等を交えて理解を深める。

13 (1)熱力学第一法則と第二法則の関係
   (2)自由エネルギー
熱力学第一法則と第二法則の結合式、Helmholtzの自由エネルギー(A)、Gibbsの自由エネルギー(G)、可逆・不可逆過程での自由エネルギー等。
(復習での着目点)AとGの違いを比較し、理解する。

14 (3)熱力学の基礎方程式
   (4)Gibbs−Helmholtz式
熱力学の基礎方程式、基礎方程式と完全微分・偏導関数、Maxwellの関係式、Gibbs−Helmholtz式等。
(復習での着目点)熱力学の基礎方程式を比較し、理解する。

15 到達度評価
当該授業における到達度を到達度試験により確認する。その後、授業として当該授業科目の内容の総括を行う。
教職課程
Teacher-training course
実務経験
Practical experience
-
教育用ソフトウェア
Educational software
-
備考
Remarks
9972311
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