【化学熱力学】 [物理学科 3群 B選択 科目(配当年次: 第2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 教員免許取得のための必修科目
授業期間: 後期  15コマ 科目分担者: 科目:教科に関する科目(中・高 理科)
授業形態: 講義  週1コマ 施行規則に定める科目区分:化学
 
教育目標

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の1つが化学熱力学である。化学熱力学は強力で,普遍的な学問である。この講義は物理化学概論に引き続き,熱力学の概念に慣れ,理解することで,相変化や化学平衡など様々な現象を熱力学に基づいて解釈できるようになることを目標とする。

教育内容

物質の状態や変化は,系の状態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)で表される。本講義では,熱力学第一法則,第二法則にはじまる熱力学関数の関係を学ぶと共に,それらを使い,化学平衡がどの方向に進むのか?平衡状態はどうなっているのか?を熱力学に基づき予測できるようになることを目指す。

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

石川

化学反応や相変化に伴う熱化学を理解する。

5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。

6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。

7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。

8回

中間のまとめ

石川

中間テストを行うと共に,その解説をする。

9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。

10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。

11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。

12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。

13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。

14回

理想溶液と理想希薄溶液の挙動

石川

理想溶液と理想希薄溶液の概念を学び,その性質を理解する。

15回

溶液の束一的性質

石川

溶液の束一的性質を熱力学的に考察する。

 
到達目標

種々の化学熱力学関数の関係を理解し,使いこなすことで,化学平衡について熱力学的に考察できるようになる。

評価基準

中間テスト(30%),定期試験(70%)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。

 
  (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