2025Year

Second Semester

Physical Chemistry I

Lecture

Physical Chemistry I

A0200478 Physical Chemistry I

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2.0Credits

Mon.3Period

Hachioji Campus

1W-026講義室

1 基礎知識の修得  0 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得  100 ％
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 ％

・巨視的な物理量・状態量とその単位を理解した上で、単位換算ができる。
・完全気体と実在気体の性質の違いを理解した上で、状態方程式を用いた計算ができる。
・熱力学第1法則の内容を理解し、気体の状態変化における仕事や熱の収支の計算ができる。
・エンタルピーの概念を理解し、物理・化学変化におけるエンタルピー変化の計算ができる。
・熱力学第2法則の内容を理解し、さまざまな過程のエントロピー変化の計算ができる。
・ギブズエネルギーの概念を理解し、さまざまな反応のギブズエネルギー変化の計算ができる。

・初等関数の簡単な微分・積分計算ができること。
・前期開講の「微分」「積分」「化学1」「物理学1」の内容を復習し良く理解しておくこと。
・並行して開講する「物理化学実習Ｉ」と併せて履修することを推奨する。

[本科目のねらい]　化学技術者として必要な「熱力学」の基礎知識・理論を修得する。熱力学とは、バルク物質の物理的・化学的な変化を巨視的な物理量（圧力、体積、温度、物質量、エネルギー（仕事・熱など）やエントロピーなど）を用いて記述する物理化学の主要な一分野である。
　本講義の前半では、まず気体の性質について分子運動論と状態方程式を通じて理解を深め、次に熱力学の基礎となる熱力学第1法則およびエンタルピーの概念を理解し、物理変化や化学反応による系のエネルギーや熱の収支について考察する。講義の後半では、熱力学第2法則およびエントロピーの概念の理解を通じて化学反応の自発性について考察し、ヘルムホルツエネルギー・ギブズエネルギーの概念を理解し化学反応の熱力学計算に応用し、最後に第1法則と第2法則を統合により熱力学理論に関する理解を深める。

[授業の方法] 本科目は講義形式で行う。事前にKU-LMSで配布・公開される講義資料（スライドPDF）および講義動画（遠隔授業教材）を用いて予習を行う（のを推奨）。毎回の授業の理解度チェック（小テスト）やミニッツ・ペーパー（MP）などをKU-LMSにより実施する。対面授業後に公開される講義動画（遠隔授業教材）を適宜活用して講義ノートを自分なりまとめることを復習とする。毎回のMPおよび適宜クリッカーなどを用いて、学びの主体者である皆さんのご意見・ご要望を伺い、可能な限りそれを反映させて授業を進めいていく方針である。

Interactive classes using ICT／Support for self-learning using ICT／Other

対面

・事前準備：教科書、講義用ノート（A4サイズ推奨：ルーズリーフは非推奨）、関数電卓を用意する。履修登録後にKU-LMSの講義ページの内容を確認する。
・事前学習：事前配布する第1回講義資料（PDF）・予習動画（YouTube）を適宜参照し、以下の学習を行う。
　・シラバスを熟読し、本講義の概要を把握しておく。
　・教科書p.5〜7（A・3：バルクの性質）、p.30〜36（1A：完全気体）の内容を予習する。
　・高校物理で学習した「気体の性質」の内容を復習しておくとより良い。

2時間

・講義ガイダンス：シラバスの内容説明（到達目標の共有、授業の計画および進め方、成績評価など）
・物理量と単位：巨視的な物理量とその単位（SI系）および単位変換
・気体の性質①：「1A 完全気体」状態変数としての圧力と温度、完全気体の状態方程式、混合気体の分圧

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.23〜、p.56〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：事前配布される第2回の講義資料（PDF）・予習動画（YouTube）を適宜参照し、教科書p.9〜12（B・1：力、B・2：エネルギー）、p.37〜44（1B：気体の運動論モデル）の内容を予習する。必要に応じて、高校物理の「力とエネルギー」の内容を復習しておくこと。

4時間

対面

・力とエネルギー：運動量とニュートンの第二法則、力とエネルギーの定義
・気体の性質②：「1B 気体の運動論モデル」気体分子運動論モデルから圧力と分子の速さの導出、速さのマクスウェル-ボルツマン分布、気体分子の衝突頻度と平均自由行程

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.58〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：事前配布される第3回の講義資料（PDF）・予習動画（YouTube）を適宜参照し、教科書p.15〜17（B・3：分子の性質とバルクの性質の関係）、p.45〜53（1C：実在気体）の内容を予習する。

4時間

対面

・分子の性質とバルクの性質の関係：ボルツマン分布、等分配則
・気体の性質③：「1C 実在気体」完全気体の振る舞いからのずれ（圧縮因子、ビリアル係数、臨界定数）、ファンデルワールス方程式（導出、特徴）

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.59〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：事前配布される第4回の講義資料（PDF）・予習動画（YouTube）を適宜参照し、教科書p.67〜77（2A：内部エネルギー）の内容を予習する。

4時間

対面

・熱力学第一法則①：「2A 内部エネルギー」仕事・熱・エネルギー、内部エネルギーの定義と第一法則の定式化、膨張の仕事、熱のやりとり

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.107〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：事前配布される第5回の講義資料（PDF）・予習動画（YouTube）を適宜参照し、教科書p.78〜82（2B：エンタルピー）、p.83〜92（2C：熱化学）の内容を予習する。

4時間

対面

・熱力学第一法則②：「2B 内部エネルギー」エンタルピーの定義・温度変化、「2C 熱化学」標準エンタルピー変化、ヘスの法則、標準生成エンタルピー、反応エンタルピーの温度依存性（キルヒホッフの法則）

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.108〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：第6回の「前半のまとめ」に向けて、第1回〜第5回の講義内容でまだ理解が不十分な個所をリストアップしておく（再講義の要望を歓迎）。（講義の進行が遅れている場合はここで行うので、その範囲の教科書を予習すること）

4時間

対面

・講義前半のまとめ：第1〜5回までの講義内容をまとめて振り返る。（もし講義に遅れがある場合はここで吸収する）

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。これまでの範囲の教科書の例題・自習問題・演習問題を解いてみるとより良い。
・事前学習：中間試験（第7回実施）に向けて、第1回〜第6回の学修範囲を総復習し、概念と式の理解を深めるとともに、該当する範囲の教科書の演習問題を繰り返し解く。自作の「持ち込みシート」の持ち込みを認める予定なので、これまでの講義の内容を自分が参照しやすいようにまとめておくと良い。

6時間

対面

・中間試験：「理解到達度のチェック」第1回〜第6回の講義内容より出題（関数電卓（スマホ不可）と事前に必要事項を書き込んだ「持ち込みシート」を持ち込み可とする予定）。中間試験は通常授業（第7回）内実施とする。

・事後学習：中間試験で解けなかった問題を中心に復習を行い、「持ち込みシート」に書いておくべきだった事項があればまとめておく（期末試験に向けて）。
・事前学習：事前配布される予定の第8回の講義資料（PDF）・予習動画（YouTube）を適宜参照し、教科書p.114〜115（数学の基礎2：多変数関数の微積分）、p.93〜102（2D：状態関数と完全微分）、p.103〜105（2D：断熱変化）の内容を予習する。

4時間

対面

・多変数関数の微積分：偏導関数、完全微分
・熱力学第一法則③：「2D 状態関数と完全微分」内部エネルギーの変化、「2E 断熱変化」断熱膨張における温度と圧力の変化

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.111〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：事前配布される予定の第9回の講義資料（PDF）・予習動画（YouTube）を適宜参照し、教科書p.118〜126（3A・1：第二法則〜3A・3：状態関数としてのエントロピー）の内容の予習をする。

4時間

対面

・熱力学第二法則①：「3A エントロピー」第二法則、エントロピーの熱力学的定義・統計的な定義、状態関数としてのエントロピー（カルノーサイクル、熱力学的温度、クラウジウスの不等式）

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.157〜）を解いてみるとより良い。

2時間

遠隔（オンデマンド）

・中間試験の復習・まとめ：第7回の「中間試験」の模範解答例と解説をオンデマンドの動画として配信（YouTube）する。第8・９回で返却された試験答案を参照しながら視聴し、間違えた問題の答え直し・復習を行う。中間試験の採点間違いが無いことを確認し、修正済み答案をPDFにしてKU-LMSで提出する（これを授業課題とする）。

・事前学習：事前配布される第11回の講義資料（PDF）・動画（YouTube）を適宜参照し、教科書.27〜136（3A・4：エントロピー変化、3B：エントロピーの測定）の内容を予習する。

2時間

対面

・熱力学第二法則②：「3A・4 いろいろな過程で生じるエントロピー変化」膨張、相転移、加熱、複合過程、「3B エントロピーの測定」熱量測定によるエントロピー測定、第三法則（ネルンストの熱定理）

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.157〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：事前配布される第12回の講義資料（PDF）・動画（YouTube）を適宜参照し、教科書p.137〜145（3C：系に注目する）の内容の予習をする。

4時間

対面

・系の自由エネルギー：「3C 系に注目する」ヘルムホルツエネルギーとギブズエネルギー（自発性の基準、最大仕事と非膨張の最大仕事）、標準モルギブズエネルギー

・事後学習：講義資料（動画・スライド）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.160〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：事前配布される第13回の講義資料（PDF）・動画（YouTube）を適宜参照しつつ、教科書p.146〜154（3D：第一法則と第二法則を結びつける）の内容の予習をする。

4時間

対面

・第一法則と第二法則の結合：「3D第一法則と第二法則を結びつける」熱力学基本式、マクスウェルの関係式、熱力学的状態方程式、ギブズエネルギーの性質（温度依存性・圧力依存性）、フガシティー

・事後学習：講義資料（動画・PDF）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。教科書の例題・自習問題・演習問題(p.161〜）を解いてみるとより良い。
・事前学習：第14回で実施する「まとめ：総復習」に向けて、第13回までの全範囲を復習し、まだ理解が不十分な個所をリストアップしておく（再講義のリクエストは歓迎）。（講義の進行が遅れている場合はここで行うので、その範囲の教科書を予習すること）

4時間

対面

・「まとめ・総復習」：第1回から第13回の講義内容全体を概説する。要望に応じて再解説や演習問題の解説なども行う予定。（もし講義の進行が予定より遅れている場合はここで行う）

・事後学習：講義資料（動画・PDF）を参照し、自分なりにノートにまとめながら理解を深める（復習）。
・事前学習：期末試験（第15回実施）に向けて、第1回〜第14回の学修範囲を総復習し、概念と式の理解を深めるとともに、該当する範囲の教科書の演習問題を繰り返し解く。自作の「持ち込みシート」は持ち込みを認める予定なので、これまでの講義の内容を自分が参照できるようにまとめておくと良い。

6時間

対面

・期末試験：「理解到達度のチェック」第1回〜第14回の講義内容より出題（関数電卓（スマホ不可）と自作の「持ち込みシート」の持ち込みを可とする予定）。期末試験は「期末筆記試験」期間中の授業日に実施する。

・事後学習：期末試験の模範解答例と解説（動画配信予定）を参照し、解けなかった問題を中心に復習を行い理解を深める。期末試験後に講義ノートチェックのため、各自作成したノートのPDF化もしくは動画撮影を行ってKU-LMSに提出する。

2時間

[毎回の授業にきちんと出席し小テストや課題に取り組むことが成績評価の前提]
・平常点（25%）：授業への取り組みを、毎回の授業で⾏う理解度チェック（小テスト）・MP等により評価する。
・中間試験（25％）：第7回（通常授業内）に実施予定
・期末試験（50%）：第15回（学期末筆記試験期間）に実施予定
上記の通り、平常点と中間・期末試験の成績をもとに理解度をA+、A、B、C、D、FのGradeで評価し、Grade D以上を合格とする。
※尚、上記の平常点：中間試験：期末試験の評価比重は案であり、初回にアンケートを行い受講者の意見を反映させて決定する（予定）。
※＋αの平常点として、予習・復習の取組み（KU-LMS経由での講義動画の視聴など）や任意のノート提出などを評価する（予定）。

・毎回の授業の課題（小テストやMPなど）：各回の小テストは次回授業時を目途に模範解答例（必要に応じて解説動画）を公開する。各回のMPで実施する講義の理解度・難易度・速度の自己評価の結果まとめ及び要望のあった内容の再解説は適宜動画にして公開する。授業に関する意見や要望もMPで毎回募り、その内容を共有するとともに、出来得る限り授業に反映させる。
・中間および期末試験：中間試験は、第8・9回授業の際に答案返却し、第10回のオンデマンド授業で模範解答例を示すとともに解説・講評を行う。受講者は、答え合わせ（修正）を通じて復習を行う。期末試験は答案返却はできないが、試験終了後に模範解答例と解説および講評を動画の形で配信する予定。

「アトキンス 物理化学（上）第10版」　東京化学同人　P.W.Atkins著　中野元裕、上田貴洋、奥村光隆、北河康隆訳

指定参考書なし

・授業担当者は非常勤講師であり授業開講日のみキャンパスに出講するので、対面での質問は授業前（昼休憩）もしくは4限（物理化学演習I）後に教場もしくは講師室にて受け付ける。事前にメールで質問内容と日時・場所を調整するのが望ましい。
・メールで質問は随時受付：上記以外の期間はメールでの質問を受け付ける（KU-LMSの質問機能よりもメールの方が対応が早い）。メールアドレスはKU-LMSの講義ページもしくは初回講義資料（PDF）に記載される。

本講義で学ぶ物理化学の基礎（熱力学）は、本学科で今後学修する専門分野の基礎となります。しっかりと身につけられるように努めて下さい。授業中に理解出来なかった部分は、分かるまで復習する習慣をつけることが大事です。また、熱力学の理論や概念は実際に演習問題を解くことで理解が深まります。その意味からも、本科目と一緒に「物理化学演習I」を履修することを強く推奨いたします。
　本科目は、平常点の評価割合が比較的高いので、毎回の授業の課題（小テスト・MP等）にしっかり取り組み、学修を積み重ねることが重要ですし、それが結果として高い成績評価につながります。

Not applicable

Not applicable

関連する科目である

Ⅱ1a/Ⅱ1b/Ⅱ1c