生命科学部Faculty of Bioscience and Applied Chemistry
MAC200YB（材料化学 / Materials chemistry 200）物理化学概論 ＩＩBasic Physical Chemistry II
見附 孝一郎Koichiro MITSUKE
授業コードなどClass code etc
| 学部・研究科Faculty/Graduate school | 生命科学部Faculty of Bioscience and Applied Chemistry |
| 添付ファイル名Attached documents | |
| 年度Year | 2023 |
| 授業コードClass code | H7513 |
| 旧授業コードPrevious Class code | |
| 旧科目名Previous Class title | |
| 開講時期Term | 秋学期授業/Fall |
| 曜日・時限Day/Period | 水3/Wed.3 |
| 科目種別Class Type | |
| キャンパスCampus | 小金井 |
| 教室名称Classroom name | 各学部・研究科等の時間割等で確認 |
| 配当年次Grade | |
| 単位数Credit(s) | |
| 備考（履修条件等）Notes |
成績優秀者の他学部科目履修制度で履修する学 生：教員の受講許可が必要(オンライン授業の場合は、学習支援システムで許可を得るようにする) |
| 他学部公開科目Open Program | |
| 他学部公開（履修条件等）Open Program (Notes) | |
| グローバル・オープン科目Global Open Program | |
| 成績優秀者の他学部科目履修制度対象Interdepartmental class taking system for Academic Achievers | ○ |
| 成績優秀者の他学部科目履修（履修条件等）Interdepartmental class taking system for Academic Achievers (Notes) | |
| 実務経験のある教員による授業科目Class taught by instructors with practical experience | |
| SDGsCPSDGs CP | |
| アーバンデザインCPUrban Design CP | |
| ダイバーシティCPDiversity CP | |
| 未来教室CPLearning for the Future CP | |
| カーボンニュートラルCPCarbon Neutral CP | |
| 千代田コンソ単位互換提供（他大学向け）Chiyoda Campus Consortium | |
| カテゴリー＜生命科学部＞Category |
生命機能学科 学科専門科目 |
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Outline (in English)
Equilibrium thermodynamics is the basic theory of chemistry, the fundamental concepts of which had reached their present form at the end of the 19th century. Any system containing the vast number of particles can be satisfactorily described by eight state functions alone. This aspect of thermodynamics has been fascinating many scientists for more than 150 years. A request will be made to pay particular attention to the state functions called internal energy, enthalpy, entropy, and free energies, as well as the energy transferred between the systems as heat and work. The main objective of this class is to acquire the knowledge of these quantities and learn the problem-solving skills on phase transitions and chemical equilibrium.
Students will be expected to have completed the required assignment tests after each class meeting. Your study time will be more than four hours for a class.
Your overall grade in the class will be decided based on the following: Term-end examination 40 %; Required assignment tests 40 %; In-class contribution 20 %. You can confirm your scores you have acquired so far in the corresponding course at Hoppii.
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の概要と目的（何を学ぶか）Outline and objectives
平衡状態の熱力学は化学の根本理論の一つであり、19世紀末、その基本概念については現代の姿にまでおよそ達していた。アボガドロ数に近い個数の粒子の集団が演ずる自然現象を、たった８個の状態関数だけで定量的に記述できるということが、平衡熱力学の特質であり、学ぶ者にとっての醍醐味であるとも言える。この授業では、内部エネルギー、エンタルピー、エントロピー、ギブズ自由エネルギーといった状態関数およびエネルギーの移動形態である仕事と熱に焦点を当てて、それら諸量の本質的意味と実用性（有用性）を認識し、付随した練習問題を通して相転移や化学平衡現象への応用力を養う。
到達目標Goal
（１）熱力学の基本概念である系と外界を設定し、それらの間のエネルギー移動の形態を知る。（２）熱力学第一法則と第二法則に慣れ親しみ、熱機関の発達や永久機関の不合理性と関連付ける。（３）孤立系のエントロピー増加則と熱力学第二法則に関する数学的表現を、微分形・積分形の両方で使いこなせるよう習熟する。（４）熱化学を様々な実例に応用できるよう、標準生成エンタルピー、絶対標準エントロピー、標準生成ギブズ自由エネルギーの運用手順を把握する。（５）8つの状態関数とそれらの変化量が関わる数学的表現を学ぶ。（６）化学反応や状態変化が関わる自然現象を追究するに当たり、ギブズ自由エネルギーの変化量を評価することの有用性を実感し、気相化学反応や相転移現象を例にして開放系の熱力学理論の初歩を理解する。
この授業を履修することで学部等のディプロマポリシーに示されたどの能力を習得することができるか（該当授業科目と学位授与方針に明示された学習成果との関連）Which item of the diploma policy will be obtained by taking this class?
DP2
授業で使用する言語Default language used in class
日本語 / Japanese
授業の進め方と方法Method(s)（学期の途中で変更になる場合には、別途提示します。 /If the Method(s) is changed, we will announce the details of any changes. ）
授業は講義形式です。毎回、授業が終わってから、自宅等でHoppiiのテスト課題を解いて提出します。テスト課題の送付までには授業日から数日かかることがあります。テスト課題の提出後に、得点とコメントがHoppii上で自動フィードバックされます。テスト課題の正解は、後日、授業中または定期試験前に知ることができます。
14回とも通常の対面授業を予定しています。主にパワーポイントを使って説明を聴き、式変形の詳細などは黒板書きで説明を受けます。パワーポイントの全内容を、４スライド分１ページにまとめた資料がHoppii上に掲示されます。人数にもよりますが、ときどき質問を投げかけられ、答えや解答方針を口頭で説明するよう指示を受けます。希望すれば、YouTubeのストリーム配信で講義ムービーを視聴できます。
アクティブラーニング（グループディスカッション、ディベート等）の実施Active learning in class (Group discussion, Debate.etc.)
なし / No
フィールドワーク（学外での実習等）の実施Fieldwork in class
なし / No
授業計画Schedule
授業形態/methods of teaching：対面/face to face
※各回の授業形態は予定です。教員の指示に従ってください。
1[対面/face to face]：授業の紹介、熱力学の歴史と必要性、その意義や恩恵
2回目以降の授業内容の紹介、熱力学を学ぶ理由、熱力学の系譜
2[対面/face to face]：熱力学の基本概念、系の種類と状態関数
系と外界、８つの状態関数、可逆過程と不可逆過程、相転移、等温変化、断熱変化
3[対面/face to face]：エネルギー保存則、熱力学第一法則
内部エネルギー、熱と仕事、体積の膨張と収縮、PV仕事の表現、状態関数の微小変化
4[対面/face to face]：化学反応とエンタルピー
標準生成エンタルピー、標準反応エンタルピー、定圧過程下のエンタルピー変化と熱、物性表の見方、熱測定、発熱と吸熱
5[対面/face to face]：温度とエントロピー、熱力学第二法則の分子論的説明
量子準位への粒子配分、ボルツマン分布、熱力学的宇宙のエントロピー増加、自由膨張
6[対面/face to face]：熱力学第二法則の基礎と応用
クラウジウスの記述、ケルビン卿の記述、循環過程と熱機関、熱容量の定義、定積熱容量と定圧熱容量
7[対面/face to face]：熱機関とカルノーサイクル
蒸気機関、ヒートポンプ、カルノーサイクルの４ステップ、断熱膨張
8[対面/face to face]：化学反応とエントロピー
化学反応のエントロピー変化と自発性、等温定圧過程でのギブズ自由エネルギー変化、熱力学の基本方程式
9[対面/face to face]：化学反応とギブズ自由エネルギー
自由エネルギーの圧力依存性と温度依存性（理想気体）、標準生成ギブズ自由エネルギー、PV仕事と有効仕事
10[対面/face to face]：化学反応に関する諸量、化学ポテンシャル
化学量論係数、反応進行度、反応エンタルピーと反応エントロピーと反応ギブズ自由エネルギー、化学ポテンシャル
11[対面/face to face]：化学平衡の法則（１）
反応の自発性、理想溶液の定義、モル分率と反応商、化学平衡の法則、平衡定数、混合によるエントロピー増加
12[対面/face to face]：化学平衡の法則（２）
気相化学反応、圧平衡定数と標準反応ギブズ自由エネルギー、ドルトンの法則、アンモニアの合成反応
13[対面/face to face]：相転移と化学ポテンシャル（１）
状態図、気液平衡線、クラペイロン・クラウジウスの法則
14[対面/face to face]：相転移と化学ポテンシャル（２）
1成分系の化学ポテンシャルの温度依存性、同じく圧力依存性、蒸気圧の計算
授業時間外の学習（準備学習・復習・宿題等）Work to be done outside of class (preparation, etc.)
【本授業の準備・復習等の授業時間外学習は、4時間を標準とする】式変形や具体的計算に必要な高校生レベルの数学、とくに指数・対数関数と微分・積分を復習しておきます。前週のプリントの内容を授業前に見て、記憶を呼び覚ましておきます。
テキスト（教科書）Textbooks
とくに指定しません。熱化学や化学平衡の最終式や実例に関しては、高等学校の「化学」の教科書に載っていることが多いので、高校時代の教科書や問題集を見返すことには意義があります。
参考書References
「ブラディ・ジェスパーセン 一般化学（上・下）」、小島 監訳、東京化学同人
「P.Atkins・J.Paula 物理化学(上)」、千原・中村訳、第８版、東京化学同人
成績評価の方法と基準Grading criteria
期末試験（40%）、授業後の課題テスト（40%）、授業中の質疑応答（20%）に基づいて成績を評価します。期末試験では、電卓のみが持込み可能です。
学生の意見等からの気づきChanges following student comments
2016年度には、「抽象的な法則の説明が多いのでもっと実例をあげて欲しい」との意見が出された。試験答案をみると、繰り返し言及したことについても抜け落ちている学生が多いので、内容を少し平易にし、要点を集中的に学んでいただくのがよいと考えた。ここ数年は、そういった対策が実を結びつつあると感じている。
2017年度以降の３年間は特段のコメントはなかった。2021年度はハイフレックス授業になったが、総じて好評だった。コメント例は次の通り。
・内容は難しかったが、授業の録画が公開されているので、復習するときに何度も見直して勉強できてとても良かった。
・対面で授業を行っている数少ない講義の一つで、毎週水曜日がとても楽しみだった。
2022年度はアンケート回答数こそ少なかったが、授業は十分に双方向的であり、90分間を通して学生からの活発な質問や意見が多く投げかけられた。
学生が準備すべき機器他Equipment student needs to prepare
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その他の重要事項Others
忘れずに電子出席登録をしてください。関数電卓は必需品なので準備してください（期末試験時に必要です）。前期の物理化学概論Ⅰを履修していなくても問題ありません。