2025Year

Second Semester

Practice of Physical Chemistry I

Practice

Practice of Physical Chemistry I

A0200482 Practice of Physical Chemistry I

TAKAMI Tomohide

1.0Credits

Thu.2Period

Hachioji Campus

1E-106講義室

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 ％

●物理量、単位を理解し、自身で計算できる。
●完全気体、実在気体の性質の違いを理解した上で、自身で計算ができる。
●熱力学第1法則の内容を理解し、気体を例とした応用例を理解する。
●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計算ができる。
●自由エネルギー、ギブスエネルギーの内容を理解し、自身で計算ができる。

●前期開講されている「数学」「化学」「物理学」の内容を復習し良く理解していること。
●初等函数の簡単な微分、積分計算ができること。

まず授業の方法を説明します。本講義は原則として「対面」で行い、第７回は対面での中間試験、第１４回は対面での定期試験、第１５回は遠隔（オンデマンド）で行います。ただし、感染の状況によって、授業 のやり方を変更する場合があります。
　本講義では、Microsoft OfficeのExcelとPowerPointが必要です。課題やレポートでの表計算やグラフ作成は Excelを使用しての解答作成になります。講義スライドはPowerPointでの視聴となります。スマホで講義スライドを視聴されるときは、Googleや各ブラウザでは正しく表示されず音声が再生されませんので、スマホ版の無料PowerPointアプリをインストールしてからPowerPoint上で再生してください。
　ここからは授業のねらいを説明します。化学技術者は、物質の製造、使用、回収、再利用、最終処理を取り扱います。それらのいずれの過程においても、物質がどのような変化をするか知らなければなりません。物質は、温度・圧力によって状態が変化し、この状態が物質の性質を決めています。このような状態変化に伴う物質の性質を理解することが物理化学の基礎です。
　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て、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て、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します。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て、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て化学反応の熱⼒学計算に応⽤し、最後に第1法則と第2法則の統合により熱⼒学理論に関する理解を深めます。
　本講は「物理化学Ｉ」の授業内容について、演習を通じてより理解を深めることが目的です。したがって、演習内容は「物理化学I」の授業計画に示した内容に沿って実施します。予習をしてこないと演習問題は解けませんので、各自教科書と講義スライドをよく読んで、各演習問題の回に対応する教科書の自習問題と章末問題を予め解く努力をしておいてください。概ね計算演習が中心となるので、指定された教科書、授業用ノート、関数電卓、そして Excelがインストールされたノートパソコンを用意して下さい。

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

対面

事前準備：
・教科書、演習⽤ノート（A4サイズ推奨）、関数電卓、 Excelがインストールされたノートパソコンを⽤意する。
事前学習：
・このシラバスを読んで本演習の概要を把握しておく。
・第１回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。
・教科書５〜７ページ「A・3：バルクの性質」、３０〜３６ページ「1A：完全気体」の内容を予習する。

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）
・受講生からの質問や要望へのお応え
以下の内容の演習の後に確認テストを行います：
・電卓およびノートパソコンにインストールされた Excelを用いて計算する方法（教科書２６ページ統合問題F・1）
・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（教科書自習問題A・4,5と1A・1-3、２３ページ演習問題A・10(a) - 21(b)と56-58ページ問題1Aから抜粋）
・教科書の「A・3：バルクの性質」、「1A：完全気体」について講義スライドを交えて説明
・教科書の「A・3：バルクの性質」、「1A：完全気体」で対応する例題（具体例）、自習問題、記述問題、演習問題、応用問題、統合問題の中からいくつかを解説
・質問があれば原則対面で受け付けるが，KU-LMSまたはGoogleMeetを利用してもよい
・締切時間までに小テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えたまたは解けなかった演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書９〜１２ページ「B・1：⼒、B・2：エネルギー」、３７〜４４ページ「1B：気体の運動論モデル」の内容を予習する。
・第２回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・⼒とエネルギー：「B・1：⼒、B・2：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（教科書自習問題B・1-4、２４ページ演習問題B・1(a) - 2(b)から抜粋）
・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ど平均⾃由⾏程（教科書自習問題1B・1-5、５８-５９ページ問題1Bから抜粋）
・締切時間までに小テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えたまたは解けなかった演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書１５〜１７ページ「B・3：分⼦の性質とバルクの性質の関係」、４５〜５３ページ「1C：実在気体」の内容を予習する。
・第３回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第２回の「B・1：⼒、B・2：エネルギー」、「1B：気体の運動論モデル」を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・分⼦の性質とバルクの性質「B・3：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（教科書自習問題B・7,8、２５ページ演習問題B・17(a) - 20(b)から抜粋）
・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、臨海定数）、ファンデルワールス⽅程式（導出、特徴、対応状態の原理）（教科書自習問題1C・1-6、５９-６１ページ問題1Cから抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えたまたは解けなかった演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書６７〜７７ページ「2A：内部エネルギー」の内容を予習する。
・第４回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第３回の「B・3：分⼦の性質とバルクの性質の関係」、「1C：実在気体」を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・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（教科書自習問題2A・1-9、１０７-１０８ページ問題2Aから抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えたまたは解けなかった演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書７８〜８２ページ「2B：エンタルピー」、８３〜９２ページ「2C：熱化学」の内容を予習する。
・第５回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第４回の「2A：内部エネルギー」を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・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）（教科書自習問題2B・1-4, 2C・1-7、１０８-１１１ページ問題2B, 2Cから抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えた演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書１１４〜１１５ページ「数学の基礎2：多変数関数の微積分」、９３〜１０２ページ「2D：状態関数と完全微分」、１０３〜１０５ページ「2D：断熱変化」の内容を予習する。
・第６回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4.5時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第５回の「2B：エンタルピー」、「2C：熱化学」を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・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、ジュール-トムソン効果、「2E 断熱変化」断熱膨張における温度と圧⼒の変化（教科書自習問題2D・1-4, 2E・1-7、１１１-１１３ページ問題2D, 2E, 統合問題から抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えた演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・中間試験課題（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。

4.5時間

対面

第１回から第６回までの学修到達度の確認（授業内試験）
・中間試験課題：「理解度チェック」第１回〜第６回の講義内容より出題（通信機能のない函数電卓のみ使用可）。

事後学習：
・中間試験の模範解答例（第８回講義スライドにてPowerPointで配布予定）を参照し、解けなかった問題を中⼼に復習を⾏う。
事前学習：
・第８回の「前半のまとめ」に向けて、第１回〜第６回の講義内容でまだ理解が不⼗分な箇所をリストアップしておく。
・第８回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4.5時間

対面

・中間試験の解説と前半のまとめ：「中間試験」の平均点や設問ごとの正答率などを⽰し、特に正答率が低かった問題に関して解説を⾏う。
・前半のまとめ：これまでの演習問題の総復習、特に中間試験で正答率が低かった問題について復習問題の演習を⾏う。
・講義時間において質問や要望を原則対面で、そしてKU-LMSまたはGoogleMeetで受け付ける。
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・中間試験の答案の答え直しを⾏い、間違いが無いか確認する。間違えた問題を中⼼に復習をする。
事前学習：
・教科書１１８〜１２６ページ「3A・1：第⼆法則」「3A・2：エントロピーの定義」「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。
・第９回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4.5時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第９回までの講義内容を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・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）（教科書自習問題3A・1-7、１５７-１５８ページ演習問題3A・1(a) - 4(b), 応用問題3A・1-5から抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えた演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書１２７〜１３０ページ「3A・4：いろいろな過程で⽣じるエントロピー変化」、１３１〜１３６ページ「3B：エントロピーの測定」の内容の予習をする。
・第１０回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4.5時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第９回の「3A・1：第⼆法則」「3A・2：エントロピーの定義」「3A・3：状態関数としてのエントロピー」を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・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）（教科書自習問題3A・8-11, 3B・1-5、１５７-１６０ページ演習問題3A・5(a) - 12(b), 応用問題3A・6-13、および問題3Bから抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えた演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書１３７〜１４５ページ「3C：系に注⽬する」の内容の予習をする。
・第１１回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4.5時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第１０回の「3A・4：いろいろな過程で⽣じるエントロピー変化」、「3B：エントロピーの測定」を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・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（教科書自習問題3C・1-8、１６０-１６１ページ問題3Cから抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えた演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・教科書１４６〜１５４ページ「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。
・第１２回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4.5時間

対面

・受講⽣からの質問や要望へのお応え（第１１回の「3C：系に注⽬する」を含めて）
以下の内容の問題演習の後に確認テストを⾏う：
・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（教科書自習問題3D・1-6、１６１-１６２ページ問題3Dから抜粋）
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・演習資料（PowerPointスライド）を参照し、授業中に間違えた演習問題を中⼼に復習する。
事前学習：
・第１３回で実施する「まとめ：総復習」に向けて、第12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。
・第１３回講義スライドをダウンロードして、授業前までに視聴する。

4.5時間

対面

・まとめ：「総復習」第1回から第12回の演習問題の総復習を⾏う。
・これまでの「確認テスト」や「中間試験」で正答率が低かった問題を中⼼に類題の問題演習を⾏う。（教科書１６２ページ統合問題、これまでの範囲の問題から抜粋）
・講義時間において質問や要望を原則対面で、そしてKU-LMSまたはGoogleMeetで受け付ける。
・締切時間までに⼩テスト・レポートをKU-LMSから提出

事後学習：
・講義資料（PowerPoint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）。
事前学習：
・第１４回の授業時間に行う学修到達度の確認（授業内試験、通信機能のない函数電卓持ち込み可、スマホおよびパソコンは持ち込み不可）に向けて、第１回〜第１３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。期末試験持ち込みシート（A4裏表１枚：⼿書きのみ可、形式は自由、学籍番号を表の左上に記入する、試験終了時に答案とともに提出）を作成する。

6時間

対面

学修到達度の確認（授業内試験）
・第１回から第１４回までに学習した内容の到達度を確認する。

学修到達度の確認（授業内試験）において、解けなかった問題について復習する。

2時間

遠隔（オンデマンド）

全受講生オンデマンド
・学習内容の振り返り：熱力学についてこれまでに習った範囲を総復習する。

これまでの小テスト、中間試験、定期試験で、解けなかった問題について復習する。

2時間

成績評価は各回で提出するKU-LMS上の小テストと対面授業での演習課題（提出する課題）、中間試験、そして期末試験の結果で評価します。中間試験と期末試験では、通信機能のない函数電卓「のみ」持ち込み可とします。小テスト（５％）、演習課題（５％）、中間試験（２０％）、期末試験（７０％）の⽐重で配点します。Grade D 以上の者に単位を認めます。なお、期末試験は第１４回での授業内試験期にて実施します。

各回の小テストとレポートについて、次回授業にて全般解説を行うだけでなく個別についてはKU-LMSから解答の解説とレポートへのコメントを行う。また、中間試験については第８回に、定期試験については第１５回に全般的な解説を行う。

「アトキンス 物理化学（上）第１０版」　東京化学同人　P. Atkins著　千原秀昭、中村亘男訳　この講義では第１章から第３章の内容が該当します。この本は物理化学IIや物理化学IIIでも採用されていますので、物理化学の教科書はこれ１冊でまずは足ります。
この教科書は同じ第１０版でも「刷」によって誤植があります。正誤表は出版社のホームページ
https://www.tkd-pbl.com/book/b279830.html
にあります。必ず正誤表を確認して各自で訂正をしておいてください。特に気体定数やボルツマン定数などの物理基礎定数は2019年のSI単位定義改定によって数値が変わっています。この講義では改定後の物理基礎定数を用います。
この教科書にある問題の解答は，上記の出版社ホームページで一部公開されていますが，それでも答のみで計算過程が付いていません。一部の解答は別途出版されていますが英語版のみで不親切なところも多いので、教員に質問するか、インターネットや翻訳サイトを駆使して解答を確認するようにしてください。
この本にある問題の中には Excelなどの表計算ソフトを使わないと解くことがほぼ出来ない問題もあります。前期で必修となっている「情報処理入門」で学んだ Excelがここで必要となります。
一方、この教科書の語句は「理想気体」を「完全気体」としているように、他の本ではあまり使われない語句が採用されている箇所がありますので、わからない語句などは教員に質問するか、インターネットを利用して確認してください。

以下の本はすべて、講義担当の⾼⾒の居室にありますので、４号館04-308に来れば閲覧できます。
教科書よりもやさしく熱⼒学について書いてある本として、次の本を挙げておきます。
「原⽥義也 物理化学⼊⾨シリーズ 化学熱⼒学」裳華房（「物理化学⼊⾨シリーズ」） アトキンスの教科書にある問題は難易度が⾼く、解答確認で不便な点が多いですが、この本は演習問題の答の詳細が載っているので⾃学⾃習に最適です。また、式の証明や問題の詳細な解答は裳華房のホームページ（https://www.shokabo.co.jp/mybooks/ISBN978-4-7853-3418-5.htm）からダウンロードできます。
「芦⽥正⺒ 熱⼒学を学ぶ⼈のために」 オーム社 平易な⼝語で書かれていて読みやすい本です。
「ブラウン ⼀般化学II 原書13版」 丸善出版 荻野和⼦監訳 第19章「化学熱⼒学」 アメリカの⼀般的な⼤学で採⽤されている本の和訳版です。
より⾼度な熱⼒学の内容を理解したい⽅には下記の本を挙げます。
「原⽥義也 化学熱⼒学」 裳華房 （上記の本より前に出版された本ですが、⽼舗的な教科書です）
⽣命科学向けの物理化学の書籍としては、以下に挙げる図書を参考にしてください。
「アトキンス ⽣命科学のための物理化学 第２版」 東京化学同⼈ P. Atkins, J. de Paula著 稲葉章、中川敦史訳
「CHANG ⽣命科学系のための物理化学」 東京化学同⼈ R. Chang著 岩澤康裕、北川禎三、濱⼝宏夫訳

水〜金曜⽇11:40〜12:30 ⼋王⼦校舎4号館308号室（研究室）。質問などはオフィスアワー以外での何時でも歓迎しますが、研究室に不在のときもあるので、電⼦メール(ft13537@ns.kogakuin.ac.jp)での事前確認を推奨します。
GoogleMeet（チャットまたは音声）を用いたリアルタイムでの質問も受け付けます。GoogleMeetのアドレス等は初回の講義資料を参照してください。
電⼦メール(ft13537@ns.kogakuin.ac.jp)での質問はいつでも受け付けます。また、KU-LMSでも質問を受け付けます。

この演習で解く問題は、物理化学Iの講義内容と密接に関連していますので、演習を行うことにより物理化学Iの講義内容への理解が深まります。物理化学Ｉの授業と併せて本講の演習を行い、授業内容の理解に役立ててください。予習を怠ると授業中に行う演習問題が解けませんので、準備をして演習に臨んでください。
わからないことは迷わず教員に質問してください。わからないままにしておくと講義が進むにつれてますますわからなくなります。学習支援センター（化学）もご利用ください。学習支援センターの基礎講座は、本授業でわからないところをより詳細かつやさしく説明してくれます。また個別指導の利用も効果的です。
なお、感染の状況によって、授業のやり方を変更する可能性があります。

Applicable

ベンチャー会社の立ち上げ参加の経験がある教員が、企業前後に起こった様々な体験を活かし、研究の最前線について講義する。

Not applicable

関連する科目である

Ⅲ1a/Ⅲ1c