理学部化学科

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物理化学演習I
Seminar in Physical Chemistry I

担当教員石井　淳一・桒原　彰太・福本　喜久子・満田　深雪
必修　|　1単位　|　2年春学期

授業目的

の関連熱力学を中心とする物理化学Ⅰの講義で習得した理解を補強化し、物理的・化学的な現象（化学反応など）について熱力学的視点から考察できるようになる。そのために、熱力学の基礎的内容について自ら積極的に問題を解き、一層理解を深めることを目的とする。

授業内容

１．熱力学第一法則
２．熱力学第二法則
３．自由エネルギー

No.1	1.ガイダンス（熱力学の歴史とその概念）・熱機関の開発から生まれた熱力学。・熱の仕事当量とは何か。熱エネルギー（cal）と仕事のエネルギー（J）の等価性の発見。・熱力学第一法則（エネルギーの保存則）とは何か。・永久機関とは何か。・エントロピーとは何か。・エントロピーの分子論的意味が「化学」に重要な理由。
No.2	2.単位の意味・SI基本単位とSI誘導単位とは何か。・単位換算の重要性を例題および課題を通して理解する。 3.不可逆過程と可逆過程・理想気体の膨張収縮で変化する熱力学パラメータとは何か。・不可逆過程と可逆過程における各熱力学パラメータの計算方法を圧力(P)-体積(V)図から考える。・演習問題を通じて不可逆過程と可逆過程を深く理解する。
No.3	4.熱力学パラメータとそれらの計算方法・状態量（示量性、示強性）とは何か。・PV図からみた経路の違いによる各熱力学パラメータの計算方法の復習。・完全微分と不完全微分とは何か。・演習問題を通じてPV図の有用性を理解する。
No.4	5.物理化学Ⅰで使用する数学的知識の復習・指数/累乗根/対数/微分/積分の公式整理。・多変数関数とその導関数（偏導関数、偏微分）とは何か。・全微分とは何か。3次元座標から考える。・演習問題を通じて公式の利用方法を習得する。
No.5	6.ジュールの実験（理想気体の真空中への自由膨張）・ジュールの実験の意味と、その結果の数学的表現方法（偏微分での表現）。 7.理想気体の定積変化と定圧変化の考え方・エンタルピーとは何か。・定積と定圧過程の整理。・演習問題を通じてエンタルピーの概念を理解する。
No.6	8.ヘスの法則と標準生成エンタルピーおよび標準燃焼熱・気体の化学反応で生じる膨張または収縮の仕事と熱（反応熱）の関係。・ヘスの法則とは何か。・ヘスの法則を用いた標準生成エンタルピーの計算方法。・演習問題を通じてエンタルピーの計算方法を深く理解する。
No.7	9.熱容量・熱容量の種類（定積熱容量と定圧熱容量）とその意味。・定積熱容量と定圧熱容量の数学的表現方法（偏微分での表現）。・演習問題を通じて熱容量の概念を理解する。
No.8	10.マイヤーの関係式・定積および定圧熱容量の数学的表現方法（偏微分での表現）を用いてマイヤーの関係式を表現する。・全微分とジュールの法則を利用したマイヤーの関係式の証明。・マイヤーのサイクルを利用したマイヤーの関係式の証明。・マイヤーの関係式が示す結果とは何か。・演習問題を通じてマイヤーの関係式を理解する。
No.9	11.断熱過程・断熱過程の考え方。・断熱過程における熱力学的パラメータの計算方法。・ポアソンの式とは何か。・PV図を利用し定温膨張と断熱膨張の違いを理解する。・演習問題を通じて断熱過程における熱力学的パラメータの計算を深く理解する。
No.10	12.カルノー可逆サイクル・カルノー可逆サイクルとは何か。・カルノー可逆サイクルを構成する定温/断熱過程とその関係式。・仕事効率とは何か。カルノー可逆サイクルから考える。・演習問題を通じてカルノー可逆サイクルで発生する仕事と熱量の関係を理解する。
No.11	13.熱力学第二法則・トムソンの原理とクラウジウスの原理とは何か。・エントロピーとは何か。・カルノー可逆サイクルをエントロピーから考える。「PV図」と「温度(T)-エントロピー(S)図」の比較。・熱力第二法則によって示される不可逆過程とは。・エントロピー増大の法則とは何か。・演習問題を通じてエントロピーの概念を理解する。
No.12	14.エントロピーの計算・相変化に伴うエントロピー計算。・温度変化に伴うエントロピー計算Ⅰ（定圧熱容量が一定の場合）。・温度変化に伴うエントロピー計算Ⅱ（定圧熱容量が温度によって変化する場合）。・理想気体の体積変化で生じるエントロピー計算（定温過程の場合）・理想気体の混合に伴うエントロピー計算（定温定圧過程の場合）・様々な演習問題を通じてエントロピーを深く理解する。
No.13	15.ヘルムホルツの自由エネルギー・ヘルムホルツの自由エネルギーとは何か。定温定積過程から考える。・ヘルムホルツ自由エネルギーの計算方法。・様々な演習問題を通じてヘルムホルツ自由エネルギーを深く理解する。
No.14	16.ギブズの自由エネルギー・ギブズ自由エネルギーとは何か。定温定圧過程から考える。・ギブズ自由エネルギーの計算方法。・様々な演習問題を通じてギブズ自由エネルギーを深く理解する
No.15	学習到達度の確認

教科書・参考書

【教科書】

教科書は指定しない。事前配布の冊子を用いて演習を行う。

【参考書】

「エンゲル・リード物理化学（上）」（THOMAS ENGEL・PHILIP REID著、稲葉　章　訳、東京化学同人）
「概説　物理化学」（阪上信次ら共著，共立出版）
「演習　物理化学」（阪上信次ら共著，共立出版）
「化学熱力学入門」（由井宏治著、オーム社）
「右脳式　演習で学ぶ物理化学　熱力学と反応速度」（上松敬喜ら共著、三共出版）
「化学入門コース２　物理化学」（関一彦著、岩波出版

評価方法

石井：定期試験（70%）および授業中の演習問題（30%）の解答内容で評価する。
　　　定期試験は例題および演習問題を中心に出題する。
　　
桒原：期末試験の結果から評価する。
　　　Moodle上で各講義で解いた演習問題の解答例を改めて掲示し、復習に役立ててもらう。

福本：レポート課題20％、Moodleへの解答提出10％、期末試験70％
　　　授業内で行った演習問題の詳しい解答は、Moodleでも提示する。
　　　レポート課題は授業内で返却する。
　　　期末試験後、解答例を配布する。

満田：定期試験の結果および通常授業から評価する。（期末試験90％、演習解答およびレポート10%）
　　　フィードバックについては、レポート課題について、提出されたものを次回の授業で解説する