授業科目

基礎物理化学
Basic Physical Chemistry 

担当者

教授   菅原 正
前 木1

単位

2

到達目標

本講義の目標は理学部の教育目標、カリキュラム・ポリシーに従い、学生が物理化学的考察により化学現象の統一的な解釈を行えるようになることである。理想気体の状態方程式、古典的原子論、量子力学から導かれる原子、分子の性質に関したいくつかの、しかし、比較的少数の公式、規則を応用することで広範な現象が理解できるようになることが重要です。

授業内容

 身の回りには多数の物質が存在します。化学では物質が原子や分子によってどのように作られているかを明らかにすることが重要なテーマです。分子の構成単位となる原子は100種類あまりですが、これらが結合して無限ともいえる種類の分子、物質ができます。分子の種類はあまりにも多く、授業でこれらすべてを個別に扱うことは不可能です。しかし、基本的な考え方、公式を用い、統一的に理解する道筋を理解することは可能であり、重要です。このことは授業の目的でもあります。物理化学はこのように少数の原理、公式から出発し広範な化学を理解する道筋を与えるため、高校の化学においても主要な部分を占めています。この授業ではこうした立場をより進めて、化学の理解を図ることを目指しています。
 化学の基礎を学修するには二つの立場から考える必要があります。第一の立場は構成単位である分子、さらには原子から出発し、これらの間に働く相互作用、集積過程を考え、原子・分子の性質、挙動を解明する『微視的』なものの見方です。もう一つは非常に多くの分子から成る集団が示す挙動を調べ、『巨視的』な性質がどのようにして現れるかを探るものの見方です。本講義では主として、前者の基礎を習得することを目指します。
 原子、分子のように小さなものの性質は量子力学によって説明しなければなりません。そこで授業では量子力学的な考え方を身につけることを第一の目的とします。量子力学に必要な基礎的事項の復習、説明から始め、量子力学を使って水素原子、水素類似原子の構造とスペクトルについて解説します。講義には種々の物理量とそれらの間の関係を表す式が出てきますが、そこで重要な数式の読み方、単位の扱い方についても解説します。
 時間外学習は復習に重点を置き、各回4時間を想定している。復習としては授業時間中に解説した例題、自習問題、演習問題等を解き、関連事項も含め理解を深めることが重要である。

授業計画

1. シラバスの記載事項確認、元素
2. 物質量とモルの概念、理想気体の状態方程式
3. 物理量と単位
4. 1-3の演習
5. 原子の構造
6. 電子のエネルギー
7. 波動関数と原子オービタル
8. 原子の電子構造
9. 5-8の演習
10. 原子から分子へ
11. 分子軌道法
12. 化学結合と分子の電子構造
13. まとめと演習
14. 臨時試験とその解説

授業運営

 原子、分子のミクロな挙動・性質の説明に必要な量子力学の考え方にはなじみ難いところがあります。しかし、これは現代の化学の理解には必須の道具です。授業では量子化学的考察に関する演習を多用し、重要な式の考え方・使い方を学修します。自ら演習問題を解き、繰り返し考えることにより理解が深まるので自分で解いてみることは重要です。
 高校で習った数学、特に微分・積分は上記の作業に必須であるので、十分復習しておいてください。演習のために、授業時には関数電卓を持参すること。また、資料を随時 dot campus に置くので、各自ダウンロードして予習を行うこと。復習としては授業時間中に提示された例題、自習問題、演習問題等を解き、関連事項も含め理解を深めることが重要です。
 時間外学習は復習に重点を置き、各回4時間を想定している。復習としては授業時間中に解説した例題、自習問題、演習問題等を解き、関連事項も含め理解を深めることが重要である。
 教科書は使用しないが、必要な資料は dot campus を用いて随時配布する。

評価方法

期末試験

オフィスアワー

授業終了後、その場で。

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