基礎物理化学(クラスA)

「遠隔授業に関する情報」を参照

主題:物質のバルクな性質を取り扱うための化学熱力学および統計熱力学と、量子化学の基礎について学ぶ。
到達目標:物質の状態変化・化学変化を熱力学な視点から捉え、熱力学関数を用いて定量的に表現すること。物質のミクロなふるまいからバルクな性質への理解を広げること。量子化学の基礎として2次元での電子の波動関数を求め、さらに簡単な分子軌道法の考え方を理解する。

化学概論第一、熱力学

なし

教科書:「理工系学生のための化学基礎」(野村・川泉共編 学術図書出版)1年次のものでよい
(第9回以降の講義では下記の書籍も参考にする。必要な部分はプリント配布予定)
参考書:「基本物理化学」(R. Chang, J.W. Thoman 著、岩澤康裕、北川禎三 訳、東京化学同人)
「アトキンス 物理化学要論第7版」 (P. W. Atkins・J. de Paula著、千原 秀昭・稲葉 章・ 鈴木 晴 訳、東京化学同人)

[注意]学籍番号が 奇数 の学生はこのクラスを選択してください。

(a) 授業の概要
自由エネルギーおよび化学ポテンシャルを学び、相平衡、化学平衡を定量的に学ぶ。ボルツマン分布の概念と分布関数および統計熱力学関係式を学ぶ。また、反応速度論の概念について学ぶ。2次元の井戸型モデルにシュレディンガーの波動方程式を適用して電子の波動関数を求め、さらに簡単な分子についての分子軌道法の考え方を学ぶ。

第1回:ギブズエネルギーの性質、化学ポテンシャル
第2回:部分モル量、相平衡と相律、純物質の相平衡
第3回:2成分系の相図
第4回:単純な混合物の熱力学:理想溶液
第5回:単純な混合物の熱力学:溶液の性質
第6回:化学平衡:自発的な化学反応
第7回:化学平衡:平衡の圧力変化、温度変化
第8回:中間試験(第1回から第7回の講義内容について試験する)とこれまでの課題の解説
第9回:基礎量子論:粒子性と波動性
第10回:基礎量子論:箱の中の粒子
第11回:分子軌道法
第12回:化学反応速度:反応速度式
第13回:化学反応速度:反応機構
第14回:統計熱力学:ボルツマン分布、分子分配関数
第15回:統計熱力学:統計熱力学の関係式
第16回(または試験期間):宿題の解説、期末試験(第9回から第15回の内容)

(b) 授業の進め方
講義で用いる一部のスライドに関しては事前にGoogle Classroomに掲示するため
ダウンロードして用いるとよい。
講義ではGoogle Classroomにアップしていない内容を板書する場合がある
(板書する箇所はより重要な箇所)。Google Classroomへの登録アドレスは
遠隔授業に関する情報の項を参照。

授業は第1回から第8回を安井が、第9回から第15回の授業は平田が担当する。

第1回から第8回においては毎回の出欠をスマートフォンを利用したクイズで集計する。
第9回から第15回においては毎回の出欠を出席カードで確認する。

レポート課題(宿題)を出題する(10回を予定)。

上記の回数と内容に若干の前後があるかもしれません。
期末試験はレポートに代えることがあります。

予習:テキストやあらかじめ配布された資料を読んで、おおよその内容をつかむ。
復習:スライドでは、特に数式の誘導について全て書いていないはず。
様々な物理化学的関係式を自ら導出することが理解を深めること
につながる。また、テキストの例題、演習問題を解くことを
勧める。宿題は必ず自分で考え、提出すること。
他の演習テキストを用いることも理解を深めることに有効である。

評価方法:期末試験、演習等(宿題、クイズ)の結果を用いておおむね以下のように評価する。
成績評価=(演習等の評価点×30%)+(中間試験の評価点×35%+期末試験の評価点×35%)

評価基準:以下の到達レベルをもって合格とする。いずれにおいても熱力学関数等の関係式を用いて、関係式の持つ意味としての物質の状態について理解していること。
(1) 化学ポテンシャルを説明でき、これを用いて簡単な系(理想溶液など)の平衡を説明できること。
(2) 1成分系および2成分系の相平衡を説明でき、状態図(相図)を用いて系の状態を説明できること。
(3) 化学平衡についてギブスの自由エネルギーを用いて説明できること。
(4) 統計熱力学の関数式の概念を物質において生じる現象例を含めて説明できること。
(5) 簡単な反応について反応速度式を用いて説明し、反応速度を支配する各因子の説明ができること。
(6) 2次元井戸型ポテンシャル中の電子の波動関数を説明できること。

(第1回から第7回内容)担当 安井
月曜日16:30-18:00 東6-936
その他の時間でもかまわないが、いずれにせよ事前に電子メールなどで連絡しておいてほしい
Google Classroomでのコメント、メールでの質問も受け付ける。

(第9回から第15回内容) 担当 平田(shuzohirata@uec.ac.jp)
対面:火曜、昼休み、東6-635
その他の時間でもかまわないが、事前に電子メールなどで連絡が必要
Online:メールで連絡にてZoom等のonlineでの質問も可能。遠慮せず相談に来てください。

*毎回出席し、教科書(上に示してある)を必ず持参すること。
*覚えることが学ぶことではない。考え方を理解することが最も大事である。

学籍番号が奇数の人はこのクラスを選択してください。