概要:
物理化学Ⅱでは、これまで学習してきた化学熱力学の基礎をもとに、化学熱力学を様々な現象にあてはめた事柄について学習する。化学平衡・相平衡・束一的性質・電解質溶液・電気化学・化学反応速度・原子核構造の基礎的概念を理解するとともに各種物理化学量を計算し評価できる能力を身につける。
授業の進め方・方法:
自由エネルギーと化学ポテンシャルを基に化学平衡、相平衡、希薄溶液の性質、電解質溶液・電気化学に関する基礎理論を学ぶ。また、化学熱力学と共に、化学反応を考える上で必須となる化学反応速度について学習する。さらに、原子核構造についても学習する。授業では基礎理論の学習を中心に進める。授業中の演習や課題の取り組みで理解を深め、応用力を身につける必要がある。
到達度試験80%、小テスト・課題など20％として評価を行い、総合評価は100点満点として、60点以上を合格とする。答案は採点後返却し、達成度を伝達する。
注意点:
数学と物理の基礎的知識が欠かせないので、関数の微分、積分等の数学的手法、物理量の単位、エネルギー量、運動の法則など質点の力学などを必要に応じて復習することが望ましい。関数電卓を常時用意すること。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
化学ポテンシャルと部分モル量 |
化学ポテンシャルと部分モル量について正しく理解する。
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| 2週 |
化学平衡 |
質量作用の法則について理解する。ルシャトリエの法則について理解する。
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| 3週 |
相平衡、相律、１成分系相平衡、Clausius-Clapeyron式 |
相平衡、相図の見方を理解する。Clausius-Clapeyron式について理解する。
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| 4週 |
2成分系の相平衡、Raoultの法則 |
2成分系の相平衡、Raoultの法則について理解する。
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| 5週 |
溶液理論、Henryの法則、Gibbs-Ｄuhem式、活量 |
理想希薄溶液について理解する。Gibbs-Ｄuhem式、活量について理解する。
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| 6週 |
希薄溶液の束一的性質 |
沸点上昇、凝固点降下について理解する浸透圧について理解する。
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| 7週 |
到達度試験 |
到達度試験
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| 8週 |
答案返却 |
答案返却
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| 2ndQ |
| 9週 |
表面張力、電解質溶液理論 |
表面張力、毛細管現象について理解する。電解質溶液について理解する。
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| 10週 |
電気化学の基礎 |
電気化学の基礎を理解する。
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| 11週 |
化学電池、電池式 |
化学電池について、半反応や電池式を理解する。
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| 12週 |
Nernstの式、起電力 |
Nernstの式を理解し、起電力を計算できる。
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| 13週 |
電池の平衡定数、自由エネルギー変化 |
電池の平衡定数、自由エネルギー変化を計算できる。
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| 14週 |
実用電池 |
実用電池について理解する。
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| 15週 |
到達度試験 |
到達度試験
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| 16週 |
答案返却 |
答案返却
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
化学反応速度 1次反応、半減期 |
化学反応速度の基礎を理解し、1次反応、半減期に関する計算ができる。
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| 2週 |
化学反応速度 2次反応 |
2次反応に関する計算ができる。
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| 3週 |
反応機構、定常状態近似 |
反応機構を理解し、定常状態近似から速度式を求められる。
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| 4週 |
化学反応速度の温度依存性、Arrheniusの式 |
化学反応速度の温度依存性を理解し、Arrheniusの式を用いた計算ができる。
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| 5週 |
触媒、酵素反応 |
活性化エネルギーと触媒の関係を理解し、触媒や酵素反応の速度式を用いることができる。
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| 6週 |
原子核構造と放射能 |
原子核構造と放射能について理解する。
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| 7週 |
到達度試験 |
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| 8週 |
答案返却 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 化学・生物系分野 | 物理化学 | 放射線の種類と性質を説明できる。 | 4 | 後6,後7,後8 |
| 放射性元素の半減期と安定性を説明できる。 | 4 | 後1,後6,後7,後8 |
| 年代測定の例として、C14による時代考証ができる。 | 4 | 後1,後6,後7,後8 |
| 核分裂と核融合のエネルギー利用を説明できる。 | 4 | 後6,後7,後8 |
| 純物質の状態図(P-V、P-T)を理解して、蒸気圧曲線を説明できる。 | 4 | 前3,前4,前7,前8 |
| 2成分の状態図(P-x、y、T-x、y)を理解して、気液平衡を説明できる。 | 4 | 前4,前5,前7,前8 |
| 束一的性質を説明できる。 | 4 | 前6,前7,前8,前9,前15,前16 |
| 蒸気圧降下、沸点上昇より、溶質の分子量を計算できる。 | 4 | 前6,前7,前8 |
| 凝固点降下と浸透圧より、溶質の分子量を計算できる。 | 4 | 前6,前7,前8 |
| 相律の定義を理解して、純物質、混合物の自由度(温度、圧力、組成)を計算し、平衡状態を説明できる。 | 4 | 前3,前4,前7,前8 |
| 平衡の記述(質量作用の法則)を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前7,前8 |
| 諸条件の影響(ルシャトリエの法則)を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前7,前8 |
| 均一および不均一反応の平衡を説明できる。 | 4 | 前1,前2,前7,前8 |
| 平衡定数の温度依存性を計算できる。 | 4 | 前2,前7,前8 |
| 反応速度の定義を理解して、実験的決定方法を説明できる。 | 4 | 後1,後2,後4,後5,後7,後8 |
| 反応速度定数、反応次数の概念を理解して、計算により求めることができる。 | 4 | 後1,後2,後4,後7,後8 |
| 微分式と積分式が相互に変換できて半減期が求められる。 | 4 | 後1,後2,後7,後8 |
| 連続反応、可逆反応、併発反応等を理解している。 | 4 | 後3,後7,後8 |
| 律速段階近似、定常状態近似等を理解し、応用できる。 | 4 | 後3,後5,後7,後8 |
| 電池反応と電気分解を理解し、実用例を説明できる。 | 4 | 前9,前10,前11,前12,前13,前14,前15,前16 |