Physical Chemistry I ｜ Syllabus data

開講年度

2025Year

開講学期

Second Semester

科目名

Physical Chemistry I

授業種別

Lecture

科目名（英語）

Physical Chemistry I

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A0200479 Physical Chemistry I

担当教員

MATSUDA Yasuhiro

単位数

2.0Credits

曜日時限

Mon.2Period

キャンパス

Hachioji Campus

教室

1N-217講義室

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 20 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％
3 汎用的問題解決力の修得 0 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

達成目標としては、(1)理想気体と実在気体を例に、分子の集合体である物質の性質の分子論的な理解、(2)エネルギー保存の法則の理解と化学変化への適用、(3)エントロピー概念の巨視的レベルおよび分子論的レベルでの理解、(4)自発的変化の方向を支配する状態関数としての自由エネルギーの理解を目指す。

受講にあたっての前提条件

高等学校で学んだ物理と化学の基礎を理解していること．

授業の方法とねらい

講義形式で行う。物理化学は、化学における個別の物質にとらわれない共通的な法則性の理解を目的とした学問である。この科目では、化学熱力学の基礎となる概念と法則の理解を目的としている。具体的には理想気体と実在気体を例に、分子の集合体である物質の性質の分子論的な理解、エネルギー保存の法則の理解と化学変化への適用、エントロピー概念の巨視的および分子論的レベルでの理解、自発的変化の方向を支配する状態関数としての自由エネルギー等を理解を目指す。

AL・ICT活用

Not used

第1回

授業形態

授業情報欄記載の通り

事前学習

まず教科書の基本事項（p1~p22）をよく読んで、主に高校までで学んだ物理、化学を復習する。１回目の授業では、物理量と単位等を講義するので、「物理量と単位」では教科書の巻末、資料2 単位（ｐA４）ををよく読んで、分からないことを整理し、授業に臨むこと。

3時間

授業内容

物理化学の位置づけ、物理量と単位
化学全体の中での物理化学の位置づけを理解する。この授業全般でこれから物理量を扱っていくが、物理量とは何か、また、単位に関しては、SI基本単位およびSI誘導単位、良く使う非SI単位について理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ物理量と単位などをよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、完全気体の諸性質を学ぶので、教科書のトピック1C（ｐ45~55）をよく読み、予習すること。

4.5時間

第2回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

完全気体
完全気体の特徴を理解する。ボイルの法則、シャルルの法則、アボガドロの法則から気体状態方程式を導く。圧力の単位を理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ完全気体の特徴、ボイルの法則、シャルルの法則、アボガドロの法則と気体状態方程式の関係をよく復習し、理解する。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、実在気体を学ぶので、教科書をよく読み、予習する。

4.5時間

第3回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

実在気体
圧縮因子の定義、実在気体の状態方程式、特に、ビリアル状態方程式、van der Waalsの状態方程式について理解する。物質の臨界点について説明し、臨界体積、臨界圧力、臨界温度とvan der Waalsの状態方程式との関係を理解する。また、実在気体で扱う分子間力に関しても理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ圧縮因子の定義、実在気体の状態方程式、ビリアル状態方程式、van der Waalsの状態方程式、物質の臨界点、臨界点とvan der Waalsの状態方程式との関係、対応状態の原理などをよく復習し、理解する。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、気体の分子運動論を学ぶので、教科書のトピック1B (ｐ37~44) をよく読み、予習する。

4.5時間

第4回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

気体の分子運動論
気体分子をごく小さい球と仮定し、ニュートンの運動方程式を解くことにより、理想気体の状態方程式を導く。気体の根平均2乗速度についても理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ気体の分子運動論をよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、熱力学的系とエネルギーなどを学ぶので、教科書のトピック2A (ｐ66~70) をよく読み、予習する。

4.5時間

第5回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

熱力学的系とエネルギー
熱力学とは何かを理解する。熱力学の対象である系、系の種類について理解する。系が外界と相互作用するエネルギーが仕事と熱に分けられること、仕事と熱の詳細な定義を理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ熱力学の対象である系、系の種類、系が外界と相互作用するエネルギーとしての仕事と熱などをよく復習し、理解する。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、熱力学第１法則、状態量などを学ぶので、教科書のトピック2A (ｐ69, 70)、トピック2D (p93~95)をよく読み、予習する。

4.5時間

第6回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

熱力学第１法則と状態量
熱力学第１法則 (エネルギー保存の法則) を深く理解し、内部エネルギーの分子論的表現ができるようになる。系の状態を規定する状態量、その状態量が示量性と示強性に分けられることなどを理解する。状態量の数学的特徴を理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ熱力学第１法則 (エネルギー保存の法則)、内部エネルギーの分子論的表現、系の状態を規定する状態量、その状態量が示量性と示強性に分けられること、状態量の数学的特徴などをよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、可逆・非可逆過程を学ぶので、教科書のトピック2A (ｐ71~74) をよく読み、予習する。

4.5時間

第7回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

可逆・非可逆過程
熱力学の重要な概念である、可逆・非可逆過程を理解する。また、各種条件下で、気体が膨張するときの仕事を求められるようになる。

事後学習・事前学習

授業で学んだ可逆・非可逆過程、各種条件での気体の膨張の仕事などをよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、定容・定圧過程、熱容量などを学ぶので、教科書のトピック2A (ｐ74~77)、トピック2B (p78~82)、トピック2D (p96) をよく読み、予習する。

4.5時間

第8回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

定容・定圧過程
熱力学でよく出てくる重要な過程、定容過程、定圧過程を理解する。また、定圧過程で使われるエンタルピーを導入する。熱容量について理解し、特に、定圧熱容量と定容熱容量の差について理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ定容過程、定圧過程、エンタルピー、熱容量、定圧熱容量と定積熱容量の差などをよく復習し、理解する。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、完全気体 (理想気体) の熱力学的性質を学ぶので、教科書のトピック2A (ｐ73~74)、トピック2B (p82)、トピック2D (p95,97)、トピック2E (p103~106) をよく読み、予習すること。

4.5時間

第9回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

完全気体 (理想気体) の熱力学的性質
完全気体の熱力学的特徴を理解する。特に完全気体の熱力学の過程で重要な定温可逆過程、断熱可逆過程を理解する。完全気体の場合の定圧熱容量と定容熱容量の差（マイヤーの関係）を理解し、両者の分子論的推定値を求められるようになる。

事後学習・事前学習

授業で学んだ完全気体の熱力学的特徴、完全気体の、定温可逆過程、断熱可逆過程、定圧熱容量と定積熱容量の差（マイヤーの関係）、定圧熱容量と定積熱容量の分子論的推定値などをよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、熱化学を学ぶので、教科書のトピック2C (ｐ83~92) をよく読み、予習すること。

4.5時間

第10回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

反応熱と標準生成熱
熱化学について理解し、反応熱、標準生成熱を求められるようになる。

事後学習・事前学習

授業で学んだ熱化学などをよく復讐し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに必ず質問し、理解に努める。
次回の授業では、エントロピーと変化の方向を学ぶので、教科書のトピック3A (ｐ118~121) をよく読み、予習すること。

4.5時間

第11回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

熱力学第2法則とエントロピー変化の求め方
熱力学第2法則（孤立系でのエントロピー増大の法則）について理解する。また、各条件でのエントロピー変化についても理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ熱力学第２法則 (孤立系でのエントロピー増大の法則)、各条件でのエントロピー変化などをよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、エントロピーの分子論、熱力学第３法則を学ぶので、教科書のトピック3A (p121,122)、トピック3B (ｐ131~136) をよく読み、予習すること。

4.5時間

第12回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

エントロピーの分子論、熱力学第3法則
エントロピーの分子論的解釈と定義を理解する。エントロピーの熱力学的定義と統計力学的 (分子論的) 定義が同一であることを理解する。熱力学第３法則も理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだエントロピーの分子論的解釈と定義、熱力学第3法則などをよく復習し、理解すること。分からないところがあった場合は、次回の授業後かオフィスアワーに質問し、理解に努める。
次回の授業では、自由エネルギーと自発変化の方向を学ぶので、教科書のトピック3C（p137~145）、トピック3D（ｐ146~148）をよく読み、予習すること。

4.5時間

第13回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

自由エネルギーと自発変化の方向
閉鎖系での変化の方向を予測する自由エネルギー（定容過程に適用するヘルムホルツの自由エネルギー、定圧過程に適用するギブスの自由エネルギー）を導入する。自由エネルギーが負に変化することは、系と外界のエントロピーの合計が正に変化することと同じであることを理解する。

事後学習・事前学習

授業で学んだ閉鎖系での変化の方向を予測する自由エネルギー (定積過程に適用するヘルムホルツの自由エネルギー、定圧過程に適用するギブスの自由エネルギー) などをよく復習し、理解すること。
次回は、学期末筆記試験なので、第1回〜第13回目の授業の内容をよく復習し、分からないところがあった場合は、オフィスアワーなどで質問し、理解すること。

4.5時間

第14回

授業形態

授業情報欄記載の通り

授業内容

学修到達度を確認する ( 授業内試験)

事後学習・事前学習

授業内試験の結果も踏まえ、全体を振り返り、よく復習すること。

3時間

第15回

授業形態

遠隔（オンデマンド）

授業内容

この講義全体の内容を、特に大事なところを中心にもう一度総まとめを行い、講評も説明する。

事後学習

授業の内容全体をよく復習し、理解する。

3時間

成績評価の方法

第14回目に実施する授業内試験と各授業で課す小テストによって評価する。6段階のGrade (A+、 A、 B、 C、 D、 F) で評価し、D以上の者に単位を認める。

受講生へのフィードバック方法

オンデマンド授業となる「第15 回」に、KU-LMS に全体の講評をアップロードする。

教科書

アトキンス「物理化学（上）」第10版、中野元裕　他訳、東京化学同人（2017）

参考書

オフィスアワー

月曜日　9:00〜10:00　八王子キャンパス5号館5-204室。簡単な質問は授業後の教室でも受け付ける。

受講生へのメッセージ

物理化学は化学系の全ての専門科目の基礎です。断片的な知識の集まりとしてではなく、論理的なつながりのある体系として、自分の頭を働かせて理解するよう努力して下さい。

実務家担当科目

Not applicable

実務経験の内容

教職課程認定該当学科

Not applicable

その他の資格・認定プログラムとの関連