1. 原子の構造と安定性について説明できる。
2. 化学量論を説明でき、物質収支を計算できる。
3. 物質の三態と状態変化について説明できる。
4. 化学結合の種類と特徴を説明できる。
5. 化学反応速度について説明できる。
概要:
材料化学は、周期表に記載されている元素すべてを対象としており、これらの元素を用いて地球環境に配慮しながら、我々の生活に役立つ工業製品を作り出すための重要な担い手となっている学問である。本科目では、基礎化学の発展的内容について学習することを通して、環境への負荷が少なく、持続的な発展が可能となる社会の構築に貢献し、付加価値の高い工業製品を製造するために必要不可欠な「材料化学」の基礎的な知識を習得することを目標とする。
授業の進め方・方法:
教科書を用いた講義を行うが、演習問題を適宜実施し、それに関する解説をしながら授業を進める。
1, 2年生で学んだ化学Ⅰ、化学Ⅱとも深く関連しているため、当該授業科目で理解が不十分な内容を再度復習しておくことが望ましい。
本科目は、3年通年「材料化学Ⅰ」の授業科目に継続される。
注意点:
4回の定期試験（中間試験：50%、期末試験：50%）を100%として総合評価し、100点満点で60点以上を合格とする。
再試験は、授業内容のすべてを試験範囲として年度末に行うこととし、100点満点で60点以上を合格とするが、最終成績は60点として評価する。
到達目標に記載した項目の基礎的な内容の理解度を主な評価基準とする。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
物質と測定 |
SI基本単位、誘導単位および有効数字の取り扱い方を理解する。
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| 2週 |
原子の構造と安定性Ⅰ：原子の構造 |
原子の構造と原子質量単位について理解する。
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| 3週 |
原子の構造と安定性Ⅱ：核化学 |
放射線および放射性同位体について理解する。
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| 4週 |
化学反応における質量の関係Ⅰ：化学反応の収率 |
化学量論および化学反応の収率の計算方法について理解する。
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| 5週 |
化学反応における質量の関係Ⅱ：パーセント組成と実験式 |
パーセント組成と実験式の計算方法について理解する。
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| 6週 |
前期演習問題Ⅰ |
前期1～5週で学習した内容の理解度を高める。
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| 7週 |
前期中間試験 |
理解が不十分な内容を復習し、理解度の向上を図る。
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| 8週 |
水溶液内の反応Ⅰ：沈殿反応 |
沈殿反応と溶解度の判断基準について理解する。
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| 2ndQ |
| 9週 |
水溶液内の反応Ⅱ：酸、塩基および中和反応 |
酸、塩基および中和反応について理解する。
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| 10週 |
水溶液内の反応Ⅲ：酸化還元反応 |
酸化還元反応について理解する。
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| 11週 |
化学平衡Ⅰ：平衡状態と不均一平衡 |
平衡状態と不均一平衡について理解する。
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| 12週 |
化学平衡Ⅱ：平衡混合物の組成の変化 |
平衡混合物の組成の変化とルシャトリエの原理について理解する。
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| 13週 |
水溶液内平衡Ⅰ：酸と塩基の概念 |
酸と塩基の概念と弱酸の溶液中の平衡について理解する。
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| 14週 |
水溶液内平衡Ⅱ：酸と塩基の性質 |
酸と塩基の性質と弱塩基の溶液中の平衡について理解する。
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| 15週 |
前期演習問題Ⅱ |
前期8～14週で学習した内容の理解度を高める。
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
溶液の平衡とその応用 |
共通イオン効果、緩衝液および滴定曲線について理解する。
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| 2週 |
気体の性質と振舞いⅠ：気体および理想気体の法則 |
ボイルの法則、シャルルの法則および理想気体の法則を理解する。
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| 3週 |
気体の性質と振舞いⅡ：気体の化学量論関係 |
気体の化学量論関係とドルトンの分圧の法則について理解する。
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| 4週 |
液体、固体と相変化Ⅰ：液体の性質と相変化 |
液体の性質と相変化について理解する。
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| 5週 |
液体、固体と相変化Ⅱ：固体と相変化 |
固体の種類、結晶構造および相図について理解する。
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| 6週 |
後期演習問題Ⅰ |
後期1～5週で学習した内容の理解度を高める。
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| 7週 |
後期中間試験 |
理解が不十分な内容を復習し、理解度の向上を図る。
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| 8週 |
溶液とその性質Ⅰ：エネルギー変化と溶解過程 |
溶液のエネルギー変化と溶解過程について理解する。
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| 4thQ |
| 9週 |
溶液とその性質Ⅱ：濃度の単位 |
溶液のモル濃度、モル分率、質量％、質量モル濃度について理解する。
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| 10週 |
溶液とその性質Ⅲ：溶解度に関係する因子 |
溶解度の温度変化および圧力変化について理解する。
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| 11週 |
化学反応速度論Ⅰ：反応速度、反応速度式と反応次数 |
反応速度、反応速度式と反応次数について理解する。
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| 12週 |
化学反応速度論Ⅱ：一次反応の反応速度式 |
一次反応の反応速度式について理解する。
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| 13週 |
化学反応速度論Ⅲ：二次反応とゼロ次反応 |
二次反応とゼロ次反応について理解する。
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| 14週 |
化学反応速度論Ⅳ：反応機構と反応速度式 |
素反応および全反応の反応速度式について理解する。
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| 15週 |
後期演習問題Ⅱ |
後期8～14週で学習した内容の理解度を高める。
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| 16週 |
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| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 基礎的能力 | 人文・社会科学 | 英語 | 英語運用の基礎となる知識 | 英語のつづりと音との関係を理解できる。 | 1 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 材料系分野 | 材料物性 | 原子の結合の種類および結合力や物質の例など特徴について説明できる。 | 2 | 前8,前9,前10,前11,前12,前15 |
| 陽子・中性子・電子からなる原子の構造について説明できる。 | 3 | 前2,前3,前6,前7 |
| ボーアの水素原子模型を用いて、エネルギー準位を説明できる。 | 2 | 前4,前6,前7 |
| 水素原子中の電子のエネルギー状態が離散的な値を取ることを説明できる。 | 3 | 前4,前6,前7 |
| 量子条件から電子のエネルギー状態および軌道半径を導出し、説明できる。 | 2 | 前5,前6,前7 |
| 4つの量子数を用いて量子状態を記述して、電子殻や占有する電子数などを説明できる。 | 3 | 前5,前6,前7 |
| 周期表の元素配列に対して、電子配置や各族および周期毎の物性の特徴を関連付けられる。 | 2 | 前5,前6,前7 |
| 化学結合の種類および結合力や物質の例などを説明できる。 | 2 | 前8,前9,前10,前11,前12,前15 |
| 電子が持つ粒子性と波動性について、現象を例に挙げ、式を用いて説明できる。 | 3 | 前5,前6,前7 |
| 無機材料 | 原子の構成粒子を理解し、原子番号、質量数、同位体について説明できる。 | 3 | 前1,前2,前3,前6,前7 |
| Bohrの原子模型について説明できる。 | 3 | 前4,前6,前7 |
| 主量子数、方位量子数、磁気量子数について説明できる。 | 3 | 前5,前6,前7 |
| 殻、電子軌道、電子軌道の形を説明できる。 | 3 | 前5,前6,前7 |
| パウリの排他原理、軌道のエネルギー準位、フントの規則から電子の配置を示すことができる。 | 3 | 前5,前6,前7 |
| 価電子について理解し、希ガス構造やイオンの生成について説明できる。 | 3 | 前8,前9,前15 |
| 元素の周期律を理解し、典型元素や遷移元素の一般的な性質について説明できる。 | 3 | 前8,前9,前12,前15 |
| イオン化エネルギー、電子親和力、電気陰性度について説明できる。 | 3 | 前8,前9,前15 |
| 化学結合の初期理論としてのオクテット則(八隅説)により電子配置をルイス構造で示すことができる。 | 3 | 前11,前15 |
| 原子価結合法により、共有結合を説明できる。 | 3 | 前12,前15 |
| 電子配置から混成軌道の形成について説明できる。 | 3 | 前12,前15 |
| 簡単な分子に対する分子軌道法から共有結合を説明できる。 | 2 | 前12,前15 |
| イオン結合の形成について理解できる。 | 3 | 前8,前9,前15 |
| 酸化還元の知識を用いて酸化還元の反応式から酸化剤、還元剤の濃度等の計算ができる。 | 3 | 後3,後6,後7 |
| イオン化傾向について理解できる。 | 3 | 後3,後6,後7 |
| イオン化傾向と電池の電極および代表的な電池について説明できる。 | 2 | 後3,後6,後7 |
| 酸化還元電位と代表的な電極系について理解できる。 | 2 | 後3,後6,後7 |
| 材料組織 | 熱分析の原理について説明できる。 | 3 | 前14,前15 |
| 物理化学 | 仕事、熱、エネルギーの概念について説明できる。 | 3 | 後4,後6,後7 |
| 熱力学第一法則と内部エネルギーの概念を説明できる。 | 3 | 後4,後6,後7 |
| 膨張の仕事が計算でき、仕事が状態量でないことを理解できる。 | 3 | 後4,後6,後7 |
| 内部エネルギー、熱、仕事の符号の規則を説明でき、膨張の仕事を計算できる。 | 3 | 後4,後5,後6,後7 |
| エンタルピーの定義およびエンタルピーが状態量であることを説明できる。 | 3 | 後5,後6,後7 |
| 標準生成エンタルピーの物理的意味を理解し、反応エンタルピーを計算できる。 | 3 | 後8,後15 |
| エントロピーの定義を理解し、不可逆過程におけるエントロピー生成について説明できる。 | 1 | 後9,後15 |
| 標準モルギブズエネルギーの定義に基づいて標準反応ギブズエネルギーを計算できる。 | 2 | 後9,後15 |