界面化学 [S2][対面] ｜シラバス情報

開講年度

2025年度

開講学期

後期

科目名

界面化学

授業種別

講義

科目名（英語）

Surface and Interface Chemistry

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A1100109 界面化学 [S2][対面]

担当教員

吉田直哉

単位数

2.0単位

曜日時限

水曜3限

キャンパス

新宿

教室

A-0765教室

学位授与の方針

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 ％

具体的な到達目標

(1) 分子間に働く力から界面に働く力、そしてその結果として生じる表面・界面現象を理解する。(2) 分子間に働く力を前提として，食品生産や環境浄化、洗剤や化粧品などの身の回りの素材や製品開発に関連する表面・界面現象を理解し，説明できる。(3) 材料表面の評価・分析手法を理解し、表面に関わりの深い実例を学ぶ。

受講にあたっての前提条件

物理化学，無機化学，有機化学，分析化学の基礎的な内容をきちんと理解していることが望ましい．

授業の方法とねらい

界面・表面化学は、科学技術・産業において非常に重要な位置を占めています。あるいは私たちの生活に関わる身の回りの現象とも密接に関係しています．例えば効果的な洗浄や良質な塗装を行うためには、材料表面の性質や取り扱いを知っていなくてはなりません。材料の表面は、バルクとは異なる性質を示します。そのため材料の取り扱い方法や分析手法などもバルクとは異なります。こうした材料表面に関する化学の知識および考え方を理解することが本授業の狙いです。

　教科書のほか、必要に応じてプリントを配布し、パワーポイントを併用して授業を実施します．各自、教科書・筆記用具のほか、ノート、計算機（関数電卓が望ましい）を持参することが必要です。

AL・ICT活用

特に活用しない

第1回

授業形態

対面

事前学習

有機化学で対象となる（有機）分子の構造，物理化学で対象となる分子の運動，無機化学で対象となる固体の構造について，復習しておくこと．

2時間

授業内容

授業の概要説明と基礎理解度チェック、分子間力に関する講義を行います．

例を挙げながら、分子間力の種類・分類・特徴について解説します。

事後学習・事前学習

事後学習として，分子間に働く相互作用について，事前学習内容との相関を復習・理解しておくこと．

事前学習として，有機化学で対象となる（有機）分子の構造，物理化学で対象となる分子の運動，無機化学で対象となる固体の構造について，第1回授業を踏まえて復習しておくこと．

4時間

第2回

授業形態

対面

授業内容

分子間力２

第1回授業に引き続き、分子間力について解説します。
Lennard-Jonesポテンシャルについて、Excelを用いたグラフ作成を通して、理解を深めます。

分子間力を踏まえて、
　液体の表面に関して、構造とそこで起きる現象（蒸発と凝縮、ケルビンの式を用いた微小液滴の飽和蒸気圧の計算、凝集仕事と付着仕事）について解説します。
　固体表面に関して、構造と表面緩和について解説します。

事後学習・事前学習

事後学習として，分子間に働く相互作用について，事前学習内容との相関を復習・理解しておくこと．教科書第1章・第2章の演習問題を解いておくこと．

事前学習として，有機化学で対象となる（有機）分子の構造，物理化学で対象となる分子の運動，無機化学で対象となる固体の構造について，復習しておくこと．また，教科書第1章・第2章を読んでおくこと．

4時間

第3回

授業形態

対面

授業内容

ミセル・界面活性剤

界面活性剤の種類と構造、HLB値について解説します。

水溶液中での界面活性剤分子の挙動やミセル等の自己組織化構造体について、分子間力を踏まえて解説します。

教科書135ページからの、コロイド分散系について、簡単に解説します。

事後学習・事前学習

事後学習として，界面活性剤から構築されるミセル等の自己組織化構造体について，事前学習内容との相関を復習・理解しておくこと．教科書第5章の演習問題を解いておくこと．

事前学習として，分子間に働く相互作用について，復習しておくこと．また，教科書第1章・第5章を読んでおくこと．

4時間

第4回

授業形態

対面

授業内容

２分子膜・生体膜

界面活性剤について復習します。
コロイド分散系について、前回に続き解説します。
エマルションについて解説します。

分子間力を踏まえて2分子膜・生体膜について、下記の項目から解説します。
　単分子膜
　LB法による単分子膜・累積膜の作製
　ミセルとベシクル
　LB法以外の自己組織化単分子膜
　生体膜の構造と機能

事後学習・事前学習

事後学習として，界面活性剤やリン脂質等の生体分子から構築される２分子膜・生体膜等の自己組織化構造体について，事前学習内容との相関を復習・理解しておくこと．教科書第5章の演習問題を解いておくこと．

事前学習として，分子間に働く相互作用について，復習しておくこと．また，教科書第1章・第5章を読んでおくこと．

4時間

第5回

授業形態

対面

授業内容

吸着現象

吸着現象について、下記の項目を解説します。
　吸着の定義
　吸着等温線（特にヘンリー型とラングミュア型）
　毛管凝縮

関連して、固体表面の酸・塩基性について簡単に解説します。

事後学習・事前学習

事後学習として，界面活性剤やリン脂質等の生体分子から構築される２分子膜・生体膜等の自己組織化構造体について，事前学習内容との相関を復習・理解しておくこと．教科書第4章の演習問題を解いておくこと．

事前学習として，分子間に働く相互作用について，復習しておくこと．また，教科書第4章を読んでおくこと．

4時間

第6回

授業形態

対面

授業内容

表面張力、付着と濡れ１

凝集仕事・付着仕事、液体表面の構造などについて復習します。
それを踏まえて、液体の表面張力（表面エネルギー）について、下記の項目を解説します。
　表面張力（表面エネルギー）とは？
　表面張力（表面エネルギー）の測定方法

固体の濡れ性について、下記の項目を解説します。
　接触角の定義と解釈（Youngの式、Wenzelの式、Cassieの式と、それらの使い分け）
　固体の表面エネルギー測定（Zismanプロット、Owens-Wendt法）
　固体の表面エネルギーの設計制御

事後学習・事前学習

事後学習として，分子間に働く相互作用の結果としての表面張力・付着と濡れであることを，事前学習内容との相関から復習・理解しておくこと．教科書第1章・第2章の演習問題を解いておくこと．

事前学習として，有機化学で対象となる（有機）分子の構造，物理化学で対象となる分子の運動，無機化学で対象となる固体の構造について，復習しておくこと．また，教科書第1章・第2章・第3章（3.1）を読んでおくこと．

4時間

第7回

授業形態

対面

授業内容

付着と濡れ２

前回に引き続き、固体の濡れ性について、下記の項目を解説します。
　動的濡れ性の定義と解釈（転落角、接触角ヒステリシス、転落挙動）
　接触角の経時変化
　動的濡れ性の測定方法
　３相界面の移動

また、毛管現象について解説します。

事後学習・事前学習

事後学習として，分子間に働く相互作用の結果としての表面張力・付着と濡れであることを，事前学習内容との相関から復習・理解しておくこと．教科書第1章・第2章の演習問題を解いておくこと．

事前学習として，有機化学で対象となる（有機）分子の構造，物理化学で対象となる分子の運動，無機化学で対象となる固体の構造について，復習しておくこと．また，教科書第1章・第2章・第3章（3.1）・第6章（6.1.1~6.1.3）を読んでおくこと．

4時間

第8回

授業形態

対面

授業内容

触媒反応・光触媒

触媒反応の種類・分類と反応例について解説します。

光触媒について、下記の項目を解説します。
　電子と光
　金属・半導体・絶縁体
　電子配置、d軌道分裂（無機化学演習等の復習）
　酸化チタン光触媒

事後学習・事前学習

事後学習として，特に酸化チタン光触媒について，その特徴や反応メカニズム，実用例などの授業の内容を復習しておくこと．

事前学習として，不均一系触媒反応について，有機化学I・II等で学んだ反応や無機化学I・II等の内容を復習しておくこと．また，教科書第4章（4.7~4.8）を読んでおくこと．

4時間

第9回

授業形態

対面

授業内容

洗浄・塗装

洗浄・塗装について、下記の項目を解説します。
　洗浄・塗装の目的・役割
　界面活性剤の復習
　洗剤
　洗浄に関する具体例
　工業的な洗浄
　
　塗装方法
　塗料
　溶剤

事後学習・事前学習

事後学習として，特に洗浄・塗装の目的，機能，方法などについて授業の内容を復習・整理しておくこと．

事前学習として，教科書第1章・第2章・第5章を読んでおくこと．第3回授業の内容を復習しておくこと．

4時間

第10回

授業形態

対面

授業内容

薄膜の合成１　〜ドライプロセス

ドライプロセスによる薄膜合成について、下記の項目を解説します。
　PVD法
　CVD法

事後学習・事前学習

事後学習として，塗装との違いに注意しつつ，薄膜を作製する目的，機能，方法などについて授業の内容を復習・整理しておくこと．

事前学習として，教科書第1章・第4章・第5章を読んでおくこと．第９回授業の内容を復習しておくこと．

4時間

第11回

授業形態

対面

授業内容

薄膜の合成２　〜ウェットプロセス

ウェットプロセスによる薄膜合成について、下記の項目を解説します。
　ゾルゲル法
　ディップコート
　LB法
　スピンコート
　バーコート
　グラビア印刷
　スプレーコート
　コーティング剤

事後学習・事前学習

事後学習として，第10回授業のウェットプロセスとの違いに注意しつつ，薄膜を作製する目的，機能，方法などについて授業の内容を復習・整理しておくこと．

事前学習として，教科書第1章・第4章を復習しておくこと．第９回授業の内容を復習しておくこと．

4時間

第12回

授業形態

対面

授業内容

表面分析１：組成分析など

表面分析について概説したのち、組成分析について下記の項目を解説します。
　電磁波の種類
　X線光電子分光（XPS）
　X線回折測定（XRD）；特に薄膜法
　赤外分光（IR）；特に高感度反射法
　表面プラズモン共鳴（SPR）
　和周波発生スペクトル（SFG）
　二次イオン質量分析（SIMS）
　蛍光X線

事後学習・事前学習

事後学習として，バルクの分析との違いに注意しつつ，表面組成分析の目的，対象，分析条件などについて授業の内容を復習・整理しておくこと．

事前学習として，教科書第6章を読み，さらに分析化学I・II等の組成分析に関わる授業の復習をしておくこと．また薄膜作製に関する第９回・第10回授業の内容を復習しておくこと．

4時間

第13回

授業形態

対面

授業内容

表面分析２：形状観察など

表面分析について概説したのち、形状観察等について下記の項目を解説します。
　走査型電子顕微鏡（SEM）
　走査型プローブ顕微鏡（SPM）のうち、特に原子間力顕微鏡（AFM）と走査型トンネル顕微鏡（STM）
　分光エリプソメトリー

事後学習・事前学習

事後学習として，表面形状観察の目的，対象，分析条件などについて授業の内容を復習・整理しておくこと．

事前学習として，第1回から第13回までの総復習をしておくこと．

6時間

第14回

授業形態

対面

授業内容

学修到達度の確認（授業内試験）

事後学習・事前学習

事前・事後ともに，総復習をしておくこと．

4時間

第15回

授業形態

遠隔（同時双方向）

授業内容

学習の振り返りと，期末試験の講評

事後学習

期末試験において解けなかった問題と関連分野を，よく復習しておくこと．

2時間

成績評価の方法

授業中に課すレポート課題(20%程度)、授業中に実施する期末試験(80%程度)の内容を、到達目標に照らして、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

KU-LMSを用いる

教科書

「界面化学」　近澤正敏・田嶋和夫　著　（丸善）

参考書

「有機化学のための分子間力入門」　西尾元宏　（講談社サイエンティフィク）
「分子間力と表面力」　J. N. イスラエルアチヴィリ著　近藤・大島訳　（朝倉書店）
「表面張力の物理学」　ドゥジェンヌ他著　奥村訳　（吉岡書店）

オフィスアワー

水曜日 13:30〜15:00, 16:30-19:00

新宿２０F　２０６６号室
質問・相談はメールでも受け付けます。
nyoshida@cc.kogakuin.ac.jp

受講生へのメッセージ

界面化学（科学）は，実はとても身近な現象を取り扱う学問です。
界面特有の難しさもありますが，身の回りの不思議な現象のしくみを解き明かす楽しさに触れて欲しいと願っています．
勉強の仕方を含めてわからないことは積極的に質問してください。研究室への訪問も歓迎します。

実務家担当科目

実務家担当科目ではない

実務経験の内容

教職課程認定該当学科

応用化学科

その他の資格・認定プログラムとの関連