【授業の目的】
自動車のエンジンは，燃焼によって生じた熱から力学的な仕事を生み出す装置である。また，生体は食物を摂取し，代謝サイクルを回すことで生存に必要なエネルギーを作り出しており，生体自体が化学反応から熱的・力学的エネルギーを作り出す装置であるといえる。このように，熱・仕事・化学反応はエネルギーが姿を変えて移動する過程として統一的に捉えることができる。本授業の主題である熱力学は，そうした現象を理解するための必須のツールである。これを身に付けることで，ある化学反応がどちらの方向にどの程度進むのか，エンジンや発電機から最大でどれだけの仕事を取り出せるのか，なぜ室温に置いた氷が水になるのか，といった疑問に答えが出せるようになる。本授業では熱力学の基本概念の理解と基礎理論の修得，例題・課題を通じてそれらの初歩的な応用力を身に付けることを目的とする。
【授業の到達目標】
（１）熱力学量（状態量など）の概念の説明ができる。【知識・理解】
（２）熱と仕事の関係が説明できる。【知識・理解】
（３）熱力学の第一法則と第二法則を説明できる。【知識・理解】
（４）熱力学関数についての初歩的な計算ができる。【知識・理解】
（５）相平衡、化学平衡に関係する初歩的計算ができる。【知識・理解】
【授業概要（キーワード）】
熱力学第一法則，熱，仕事，内部エネルギー，エンタルピー，熱力学第二法則，エントロピー，ギブズエネルギー，相平衡，相図，ギブズの相律，化学ポテンシャル，化学平衡，平衡定数
【学生主体型授業（アクティブラーニング）について】
D-1．演習、実習、実験等を行う機会がある。：1～25％
D-2．事前学習（下調べ、調査等含む）で習得した知識等を踏まえて演習、実習、実験等を行う機会がある。：1～25％
D-3．習得した知識を活用する中で、学生自身がテーマや目的などを主体的に定めて課題探究型の演習、実習、実験等を行う機会がある。：1～25％
【科目の位置付け】
この講義は，専門分野における知識と応用力を養うことを目的としている。物質の性質の理解やその応用に関する化学熱力学の基礎的知識を身に付けることは，化学技術者，バイオ化学技術者にとって不可欠である。
【SDGs（持続可能な開発目標）】
07.エネルギーをみんなにそしてクリーンに
【授業計画】
・授業の方法
基本的に教科書に沿って作成したスライドを使って講義を行う。熱力学の概念と基本法則の説明，簡単な例題を解くことを行う。また，理解を深めるために課題を課すことがある。
・日程
第1回：授業に関するガイダンス
第2回：熱力学を勉強するための基礎知識，熱力学第一法則（仕事）
第3回：熱力学第一法則（熱，内部エネルギー，エンタルピー）
第4回：熱力学第一法則（物理的な変化，化学変化）
第5回：熱力学第一法則（化学変化）
第6回：熱力学第二法則（エントロピー）
第7回：熱力学第二法則（エントロピー，ギブズエネルギー）
第8回：中間試験と前半のまとめ
第9回：相転移と相平衡（相転移の熱力学，純物質の相図）
第10回：相転移と相平衡（純物質の相図）
第11回：相転移と相平衡（部分モル量，溶液）
第12回：相転移と相平衡（束一的性質，混合物の相図）
第13回：化学変化と化学平衡（反応の熱力学，平衡定数）
第14回：化学変化と化学平衡（諸条件による平衡の移動）
第15回：期末試験と後半のまとめ
【学習の方法・準備学修に必要な学修時間の目安】
・受講のあり方
テキストを中心にして，内容を詳細に講義する。基本的な内容はテキストに記載されているものの，テキストだけではわかりにくい部分を解説するので，その部分も含めて概念の理解に努めること。１回欠席すると，以降の講義内容を理解することが困難になるので，止むを得ない場合以外は欠席しないように。
講義は2時間/週を基本とする。
・授業時間外学習（予習・復習）のアドバイス
まずはテキストを読みながら，数式や絵を書き，理解を試みる（予習）。授業を聴き，予習時にわからなかったところの理解を深める。その後，テキストや授業でわからなかった部分は，適宜，教員への質問や，その他の物理化学や熱力学の本を読むことで，理解を試みる。また，高校の物理と化学の教科書・参考書は捨てずに取っておき，復習に活用されたい。
予習復習は4時間/週を基本とする。
【成績の評価】
・基準
【授業の到達目標】に記した内容を理解して、説明でき、さらに、それらに関する基礎的な計算問題を自力で解くことが出来ることを合格の基準とする。
・方法
中間試験は第2回から第7回までの講義内容、期末試験は第9回から第14回までの講義内容をそれぞれ試験範囲とする。中間試験と期末試験を合計して100点満点で評価し，60点以上を合格とする。点数配分は中間試験50%，期末試験50%とする。その他，授業中に出題する課題を提出することで，加点される場合がある。
また，3分の2以上の出席を成績評価対象の条件とし，欠席届の無い欠席が講義回数の3分の1以上あった場合には不合格とする。ただし，欠席届を提出しても，場合によっては公欠とは認められない場合もある。
【テキスト・参考書】
＜テキスト（講義で使用するので必ず購入のこと）＞
・P. Atkins，J. de Paula 著，千原秀昭・稲葉章・鈴木晴 訳 「アトキンス物理化学要論 第7版」，東京化学同人 (2020)
＜参考書（理解を助ける書籍として薦める）＞
・P. Atkins，J. de Paula 著，中野元裕 ・上田貴洋 ・奥村光隆 ・北河 康隆 訳 「アトキンス物理化学 上・下 第10版」，東京化学同人 (2017)
・清水明 著「熱力学の基礎Ⅰ・Ⅱ」，東京大学出版会 (2021)
その他，物理化学，化学熱力学の本は数多くあるので，自分に合う本を見つけてみると良い。
【その他】
・学生へのメッセージ
物理化学Ⅰでは，熱力学に関係する部分が中心で，難しいと思います。テキストや参考書を何度も何度も読んで考えることで，より理解が深まるようになります。自分にあった本を探すことも重要です。
・オフィス・アワー
質問等は，各回授業終了後に受け付ける。また，メールによる質問等は随時受け付ける。研究室に来る際は，メールで日程調整すること。
|