【基礎化学演習】 [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: 石田斉 教員免許取得のための必修科目
授業期間: 前期  15コマ 科目分担者: 南英之 笠原康利 科目:教科に関する科目(中・高 理科)
授業形態: 演習  週1コマ 施行規則に定める科目区分:化学
 
教育目標

物理化学では、量子力学に基づく原子軌道、分子構造や性質を理解する微視的(ミクロ)な視点から、物質をアボガドロ数個に及ぶ多数の分子から構成される巨視的(マクロ)な視点まで幅広く学んでいく。本演習では、「量子化学」の基礎として原子スペクトルや原子軌道について、「熱力学」の基礎として気体の性質や物質の状態について演習問題を通して理解を深めることを目的とする。特に、演習として計算問題に取り組むことで、SI単位系、有効数字、電卓の使い方に習熟し、今後の講義への基礎とすることを目標とする。

教育内容

演習問題を通して有効数字、電卓の利用法について習熟する。また、化学問題に取り組むことで、物理化学を学ぶ上で必要な、物理量、SI単位系、次元について学習する。その後、分子構造を理解するために量子力学の基礎として特に「原子構造と原子スペクトル」に関する演習問題に取り組み、原子軌道の概念に触れる。また、熱力学など物質の性質を巨視的な視点から理解する導入として「気体の性質」と「物質の状態と分子間力」について演習問題を通して理解を深める。

教育方法

各回の講義は、教科書に沿って解説を行った後、演習問題に取り組む。教科書で不十分な個所はプリントを配布することで補う。総合演習や中間試験などを行うことで、各自の理解度を確認する。3クラスに分かれて受講するが、学習内容および試験内容は同じである。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

ガイダンス

石田・南・笠原

基礎化学演習の概要と目的の解説、理解度確認のための小テスト

2回

物理量と単位、次元

石田・南・笠原

物理量、SI単位系、有効数字および電卓の使い方

3回

化学計算

石田・南・笠原

単位の換算、原子量と分子量、モルとアボガドロ定数、化学量論

4回

電磁波のエネルギー

石田・南・笠原

プランク定数、光量子、原子スペクトル

5回

量子力学の基礎

石田・南・笠原

ボーアの水素原子モデル、電子の二重性:波動力学、水素原子の構造

6回

原子の電子配置

石田・南・笠原

多電子原子の構造、イオン化エネルギー、電子親和力

7回

総合演習1

石田・南・笠原

第6回までの復習と総合演習

8回

中間試験

石田・南・笠原

第1–7回までの内容に関する試験

9回

気体の性質

石田・南・笠原

理想気体の状態方程式、Daltonの分圧の法則

10回

気体の分子運動論

石田・南・笠原

理想気体の分子運動論に基づくBoyleの法則とCharlesの法則の導出、気体定数、Boltzmann定数、運動エネルギーと根平均二乗速度

11回

実在気体

石田・南・笠原

実在気体の状態方程式、van der Waalsの式、分子直径(半径)の計算

12回

物質の状態と分子間力

石田・南・笠原

分子間の引力、液体の蒸発、モル蒸発エンタルピー

13回

固体の融解・昇華

石田・南・笠原

モル融解エンタルピー、状態図、水の三重点

14回

総合演習2

石田・南・笠原

第9-13回までの復習と総合演習

15回

総合演習3

石田・南・笠原

全学習範囲の総合演習

 
到達目標

演習を通じて、量子化学ならびに熱力学の基礎を学習し理解する。単位、有効数字を理解し、電卓の使い方に習熟することにより、今後、化学系科目、実験を受講する上で必要な基礎を身につけることを目標とする。

評価基準

本試験と中間試験の成績で評価する。但し、出席状況、受講態度、講義中もしくは家庭学習で行う演習結果が悪い場合は減点されることがある。

準備学習
(予習・復習)

講義で指定される演習問題は、次の講義までに必ず解答、復習しておくこと。また、シラバスに沿って講義が進められ、具体的な演習問題についても講義中に指定があるので、できる限り予習しておく。特に、講義時間外でも質問するなど、分からない箇所を放置しないことが望ましい。

その他

講義・演習には関数電卓が必要ですので、必ず毎回、持参してください。講義時間外での質問は、クラスに関係なく石田・南・笠原のいずれにしても構わないので、積極的に質問しに来てください。なお、本試験は中間試験の範囲も含めた講義内容すべてが試験範囲となります。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 フレンドリー基礎物理化学演習 田中 潔・荒井貞夫 三共出版 2,700円+税
参考書 アトキンス 物理化学 第8版 上 P. W. Atkins著 千原・中村訳 東京化学同人 5,700円+税