科目名 化学熱力学 

対象 自然科学類・2年次生

時間 前期・金曜・3限

教室 A5棟・104講義室

単位数 2単位

担当 早川 滋雄(A14棟1階・107室)

授業の目的・到達目標

学生が、熱力学の法則とエンタルピー、エントロピー、ヘルムホルツエネルギーとギプズエネルギーの概念を理解し、化学熱力学データを用いてそれらの値を算出し、状態の変化や平衡について、定量的に議論できる知識を身につけること。具体的には、以下の能力を身につけることを達成目標とする。
1. 熱力学第一法則の概念の習得と、内部エネルギーとエンタルピーの理解
.熱力学第二法則の概念の習得と、エントロピーの理解
.熱力学第三法則の概念の習得と、絶対エントロピーの理解
.ヘルムホルツエネルギーとギプズエネルギーの概念の習得
.化学熱力学データを用いたヘルムホルツエネルギーとギプズエネルギーの算出方法の習得
.相平衡の概念の習得と熱力学データとの関係の理解
.熱力学データからの平衡定数の算出


授業内容

化学熱力学は状態変化や化学変化が起こる方向や平衡の位置を教えてくれます。たとえば、100℃の水は気化していき、水蒸気の圧力が1気圧になって平衡に達します。水素と酸素とは反応して水が生成しますが、逆に、常温で水が分解して水素と酸素になることはほとんどありません。アンモニアは水溶液中で一部電離して平衡に達します。これらの変化の方向性や平衡定数の値を決めている原理は、熱力学法則として記述されます。その概念を習得することで、非常に多岐にわたる化学反応を基礎的概念から理解できます。熱力学データを用いて、内部エネルギー、エンタルピー、エントロピー、自由エネルギーなどを算出し、それからの値から実際の平衡条件や平衡定数を求める方法を講義します。本講義の内容を理解することにより、公表されている非常に多くの熱力学データを用いて、種々な反応の進行や平衡について定量的に調べることができます。

授業時間外学習
(準備学習)
授業内容の理解には予習復習がとても重要です。予習に関しては、シラバスに毎回の授業に対応する予習箇所を記載しているので、教科書の該当部分を読んで、次回の授業で扱う内容を大まかに理解し、疑問点を考えておくこと。復習に関しては、授業中に演習問題等学ぶべき課題を提示します。提出を求めることがあります。

テキスト
および
学習する章
マッカリー、サイモン「物理化学(下)」千原ら訳(東京化学同人)
19.熱力学第一法則
20.エントロピーと熱力学第二法則
21.エントロピーと熱力学第三法則
22.
ヘルムホルツエネルギーとギプズエネルギー
23.相平衡
26.
化学平衡
教科書で不足する内容については、プリントを配布します。
  参考書 アトキンス「物理化学 第8版(上)」(東京化学同人)
バーロー「物理化学6版(上)」(東京化学同人)、
ムーア 「物理化学4版(上)」(東京化学同人)
その他の種々な物理化学や化学熱力学の出版物も参考になります。
  関連科目 化学1、物理化学2

成績評価 授業の目的(到達目標)の到達度で成績評価を行う。C(合格)となるためには、実施される授業内容に関連する基礎問題が解けることが必要である。授業目標で記載されている内容についての、小テスト、中間試験、期末試験の成績を80%以上として、その他レポートの内容、授業態度等を20%以下で評価します。トータル100点として、60以上を合格とします。

オフィス
アワー
随時
      物理化学の問題氷解シヨ A14棟1階 水曜日 Vコマ(16151745


・実施スケジュール
 

予定される内容 *

備考
第1回  化学熱力学の全体像と学ぶ目的、高校で学習した内容との結び付き 教科書16・1節の内容の理解
第2回  熱力学第一法則。系、外界、熱、仕事、内部エネルギー 指定した問題の演習
text p.807-818を予習
第3回  熱、仕事、内部エネルギー 指定した問題の演習
text p.822-829を予習
第4回  定圧変化とエンタルピー 指定した問題の演習
text p.829-842を予習
第5回  熱力学第二法則とエントロピー text p.859-871を予習
第6回  可逆過程と不可逆過程 指定した問題の演習
配布プリントを予習
第7回  エントロピーの分子論 指定した問題の演習
第8回  熱力学第三法則と物質の絶対エントロピー 指定した問題の演習text p.895-900を予習
第9回  相転移のエントロピー変化絶対エントロピーと標準エントロピー 指定した問題の演習text p.907-912を予習
第10回  ヘルムホルツエネルギー text p.923-938を予習
配布プリントを予習
第11回  ギプズエネルギー text p.939-953を予習
指定した問題の演習
第12回  相平衡 指定した問題の演習
text p.967-978を予習
第13回  化学ポテンシャル text p.978-990を予習
第14回  ギプズエネルギー化学平衡 指定した問題の演習text p.1093-1107を予習
第15回   平衡定数の温度依存性または学期末テスト等  text p.1107-1131
第16回  学期末テスト予備日 テスト内容の復習

 *  講義予定は、講義の進度に応じて若干変更される可能性があります。