【物理化学実験】 [化学科 3群 必修 科目(配当年次: 第3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: 前期  60コマ 科目分担者: 松沢英世 石田斉 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: 実習  施行規則に定める科目区分:物理学実験(「コンピュータ活用を含む。」)
 
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礎知識と、それを活用する能力を修得することを目指し,実験を通して,暗記ではなく自分の頭で考えるという物理化学的な考え方(定量的なものの見方)を身につける。

教育内容

実験の手順,テクニックを理解し,データ解析,データの解釈,論文(実験レポート)のまとめ方などを学ぶ。実験内容は,講義で既に学んだ事項の復習にあたるものだけではなく,講義の内容を先取りしたもの,あるいは講義では取り扱わないものなど,多岐に渡るが,いずれも物理化学実験として重要な基礎項目である。毎週順不同に以下の8項目の実験を行う。

教育方法

理学部化学科でオリジナルに作成した「物理化学実験テキスト」に沿って実験を行う。2~3名で構成される班ごとに分かれて実験を行うので,班員で協力して実験を進めること。各項目の実験終了後,翌週次の項目の実験が始まる前までにレポートを作成し提出する。レポートには,実験の目的,原理と方法,結果と考察を記載する。不十分なレポートは再提出の場合がある。レポート作成にはかなりの時間と労力がかかるが,その作業によって実験内容が身につくので,がんばって欲しい。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

ガイダンスおよび実験講義

石川、松沢、石田、南、笠原

物理化学実験の目的,実習のやり方,各実習項目内容について説明する。

2回

A項目:結晶/液晶/液体の相転移の熱量測定

石川、松沢、石田、南、笠原

DSCにより液晶物質の相転移におけるエネルギー,エントロピー変化を求め解析し,液晶状態の性質を理解する。

3回

B項目:赤外分光法による分子構造決定と分子間相互作用の検討

石川、松沢、石田、南、笠原

HCl,DCl分子の振動・回転スペクトル及びメタノール溶液の赤外吸収スペクトルを測定し,分子分光学の基礎を学ぶ。

4回

C項目:高分子溶液の粘度測定

石川、松沢、石田、南、笠原

液体の流体力学的性質について学び,溶質高分子の分子量,分子構造について考える。

5回

D項目:電気化学測定

石川、松沢、石田、南、笠原

電気化学測定法の一つであるサイクリックボルタンメトリーにより,フェロセンおよび2年時の有機化学実験で自ら合成したフェロセン誘導体の酸化還元電位を測定し,分子の酸化還元挙動を理解する。

6回

E項目:二成分混合系の臨界共溶現象

石川、松沢、石田、南、笠原

ヘキサン-メタノールの混合液体の臨界共溶線をつくり,溶液物性を規定する熱力学的関数を理解する。

7回

G項目:分子の電子的励起状態と蛍光スペクトル

石川、松沢、石田、南、笠原

π共役分子の蛍光・励起スペクトル,エキシマー蛍光の観測を通して分子の電子的励起状態とその緩和現象について理解する。

8回

H項目:可視・紫外分光法を用いた反応速度の解析

石川、松沢、石田、南、笠原

有機化合物の溶液内反応(求核置換反応)を,可視・紫外分光法で調べ,反応速度の解析,活性化状態の熱力学的考察を行う。

9回

I項目:結晶のX線回折

石川、松沢、石田、南、笠原

粉末X線回折の測定と解析を行い,X線回折の原理、結晶構造を理解する。

10回

まとめ

石川、松沢、石田、南、笠原

実習を通して学んだ基礎事項の確認を行う。

 
到達目標

熱測定,赤外,可視・紫外等の分光測定,X線回折,電気化学測定を通じて,物理化学の3本柱である平衡論,構造論,速度論について理解し,その基礎を身につける。

評価基準

実習中の口頭試問,論文(レポート)作成,筆記試験で総合的に評価する。実習への積極的な参加は加点の対象とする。

準備学習
(予習・復習)

実験テキストは,物理化学における実験技術を習得するとともに,その体系の理解,科学的思考法の練成を目的として編集してあります。各項目ごとに,目的と原理を明記し,実験方法およびデータ処理法を説明したのち,考察のポイントが書かれています。①あらかじめ,目的や原理をよく読んで内容を理解し,②関連する講義における教科書・各自のノート・参考書などをもとに,よく復習し,③理論,実験手順,考察など,全体の体系を理解した上で,実験に臨んで下さい。実験終了後には,実験の内容,結果に対して考察を加え,レポートを作成して下さい。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 物理化学実験テキスト 分子構造学・反応機構学講座編 ガイダンス時に配布
参考書 アトキンス 物理化学 第8版(上),(下) P.W.Atkins (千原・中村 訳) 東京化学同人 上 6,156円、下 6,264円