物理化学演習
 Exercise in Physical Chemistry
 担当教員:吉田一也(YOSHIDA Kazunari),堀田純一(HOTTA Jun-ichi),右田 聖(MIGITA Satoshi),神戸 士郎(KAMBE Shiro)

 担当教員の所属:大学院理工学研究科(工学系)
 担当教員の実務経験の有無:
 開講学年:3年  開講学期:後期  単位数:2単位  開講形態:演習
 開講対象:化学・バイオ工学科  科目区分:専門科目・選択必修 
【授業の目的】
物理化学(熱力学第一法則,内部エネルギー,熱化学,エンタルピー,熱力学第二法則,エントロピー,ギブスエネルギー,相平衡,相図,化学平衡,分子間相互作用,分子集団,固体表面,反応速度式,量子化学)に関する基礎ならびに応用問題を解答する。演習を通じて,これまでに学んだ物理化学 I ならびに物理化学 II,物理化学 IIIに関する基礎知識の確認を行い,さらに応用につなげる能力を身につける。

【授業の到達目標】
(1) 様々な演習問題を通して物理化学的視座(熱力学第一法則,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,熱化学,ギブズエネルギー,相平衡,相図,化学平衡,分子間相互作用,分子集団,固体表面,反応速度式,量子化学)から自然現象を洞察し,理解し,説明できる。【知識・理解】
(2) 演習を通して得た(1)の知識を活用し,計算を行うことができる。【技能】

【授業概要(キーワード)】
熱力学第一法則,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,化学平衡,反応速度,反応次数,半減期,状態方程式,気体分子運動論,凝集力,液晶,コロイド,結晶構造,吸着現象,生体高分子,シュレーディンガー方程式,波動関数,ハミルトン演算子,極座標,球面調和関数,動径波動関数,ルジャンドル演算子,多電子原子,1電子近似,周期律,分子軌道法,線形結合法,変分原理,クーロン積分,共鳴積分,重なり積分,規格化,永年方程式,結合エネルギー,非局在化エネルギー,芳香族性,電子密度,結合次数,フロンティア軌道,電荷支配と軌道支配,分子間相互作用,高分子,分子集団,固体表面,速度式

【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。:76~100%

【科目の位置付け】
この科目は物理化学全般に関して,基礎知識を基にして,実際の計算問題を解く力を身に付けるものである。なお,本演習を受講するには,物理化学 I, II, IIIを受講しておくことが必要である。

【SDGs(持続可能な開発目標)】
04.質の高い教育をみんなに
09.産業と技術革新の基盤をつくろう

【授業計画】
・授業の方法
各時間毎に指定した問題を解いてゆき,レポートとして提出する。
・日程
以下の順で行うが順番および内容の一部を変更する場合もある。

第1回 講義のすすめ方とガイダンス
第2-3回 【物理化学 I】熱力学第一・第二法則,内部エネルギー,エンタルピー,熱化学
第4-5回 【物理化学 I】エントロピー,ギブズエネルギー,相平衡,相図,化学平衡
第6-7回 【物理化学 II】分子間相互作用,高分子と分子集団
第8-9回 【物理化学 II】固体表面,反応速度,反応速度の温度依存性,速度式の解釈

以下の【物理化学 III】の内容に関する演習では,応用化学・化学工学コースとバイオ化学工学コースとでは講義内容が若干異なるために,各コースで教室を別にして演習を行う。教室は演習が始まる前に掲示する。

【応用化学・化学工学コース】
第10-11回 固体(金属,イオン性固体,共有結合性固体)
第12-13回 量子論
第14回 原子構造
第15回 総合演習と解説

【バイオ化学工学コース】
10-11回目 量子論
12回目 原子構造,化学結合
13回目 固体の結合様式,結晶構造
第14回 総合演習
第15回 総合演習と解説

【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
それぞれの科目について講義で使用したテキスト,ノートおよび関数電卓を持参すること。私語,食事,携帯電話の使用,遅刻など他の受講生の迷惑となる行為はしないこと。教員への質問は随時受け付ける。友人との相談は妨げないが,自らが物理化学を理解し身に付けるための手段であることを認識すること。
・授業時間外学習(予習・復習)のアドバイス
あらかじめ演習分野を示すので,その分野の教科書や講義で使用したノート等を整理しておくこと。演習問題を再度解き,苦手な領域は克服しておくこと。

【成績の評価】
・基準
上記のキーワードに関して,その意味を理解し,説明でき,それらに関連した計算問題を解くことが出来ることを合格の基準とする。
・方法
物理化学Ⅰ:演習課題40%,テストの成績60%の割合で評価を行う。
物理化学II:演習課題40%,テストの成績60%の割合で評価を行う。
物理化学III(両コースとも):試験による評価を行う。
単位の認定は,すべての答案の提出を前提とし,60点以上を合格とする。出席が2/3以下の場合には不合格とする。

【テキスト・参考書】
演習問題をその都度配布する。
アトキンス物理化学要論 第7版 (東京化学同人)
理工系基礎レクチャー 物理化学II -量子化学編- (化学同人)
物理化学I,物理化学II,物理化学IIIで紹介・指定された参考書

【その他】
・学生へのメッセージ
演習の目的は,単に問題を解くことではありません。物理化学の知識を使って問題を解く行為は,物理化学というツールを使って,現実の世界や自然現象を理解することにつながり,学生諸君の内側に人間社会に役立つように適用できる能力ーすなわち工学的能力を醸成することを目的とします。自分の頭で考え,自分の頭で理解してください。物理化学I,物理化学II,物理化学IIIを受講していることが望ましい。受講していない科目があれば,あらかじめ予習し,基礎的な理解ができるようにしておいて下さい。
・オフィス・アワー
吉田 一也:木曜日16:00~17:00 3号館2210号室,堀田純一:月曜日16:00-17:00,9号館307号室,右田 聖:金曜日16:00~17:00 9号館200-4号室,神戸士郎:月曜日16:00-17:00,9号館300-5号室

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