授業科目

化学概論
Essential Chemsitry

担当者

教授   菅原 正
後 水5-木5

単位

4

到達目標

本講義の到達目標は、受講生が現代化学の基礎となる原子、分子、電子の振る舞いについて、明確なイメージ身につけることにある。さらにその基礎の上に立って、身の回りの物質の構造、状態変化、物質変換の仕組みや、我々を取り巻く環境やエネルギーの問題について、化学的な考え方を学ぶことができる。この講義は理科の教職科目の一つであり、物理学や生物学との繋がりにも留意した内容となっている。

授業内容

この授業では、視覚的に分かり易い図版を多用して、原子や分子の構造や性質をミクロなレベルで理解した上で、身の回りの物質の構造、状態変化や物質変換の基礎について講義する。さらに、機能性物質の開発や環境・エネルギーの問題について、化学が社会に果たしてきた役割について触れる。

授業計画

パワーポイントで講義した場合は、そのスライド、および解説文を印刷配布する。予習としては、前回の講義で予告された課題について、簡単なまとめを作成し提出すること。ほぼ毎回、演習問題を配布する、次回の講義の開始時に解答を提出することを義務付ける(略解を配布し解説を行う)。また、学期中に3回、数回分の講義内容をまとめた総合問題に関し、小テストを行う。講義の題材によっては、理解を助けるために演示実験を行う。

1.物質の成り立ち
1)原子の誕生     宇宙の起源と原子の誕生
2)原子の中の電子  電子の粒子性、波動性、電子軌道
3)原子の周期性   周期表の成り立ち 原子間結合と極性 
4)分子の形成    水素、気体分子
5)分子の構造(1) 混成軌道 3次元表示
6)分子の構造(2) ヘテロ原子 孤立電子対
7)分光法の基礎   光と分子の相互作用、吸収スペクトル
8)問題演習I   [物質の成り立ち]

2.物質の状態変化
9)気体の性質    気体の法則 実存気体
10)気体の運動    気体分子運動論 
11)液体の性質(1) 状態図 相平衡、沸騰、凝固
12)液体の性質(2) 溶解度、沸点上昇、凝固点降下
13)溶液の性質(1) イオン、溶媒和、電解質
14)溶液の性質(2) 酸化と還元、酸と塩基
15)固体の構造    結晶、凝集力、周期性
16)固体の性質と機能 金属、磁石
17)問題演習II   [物質の状態変化]

3.熱とエネルギー 物質変換の仕組み
18)熱力学の考え方(1)熱と仕事、熱容量
19)熱力学の考え方(2)変化の方向 エントロピー
20)熱力学の考え方(3)自由エネルギー 化学平衡 
21) 結合の切断と組み換え
22) 反応速度の解析と平衡

4.環境とエネルギーの化学
23)大気環境の化学
24)エネルギー変換の化学
25)電池の化学 光合成の原理と太陽電池
26)生活と化学 (1)  有機分子、液晶、高分子
27)生活と化学 (2) 錯体、超分子、ソフトマター
28) 問題演習 III [熱力学] [物質変換の仕組み] [環境とエネルギーの化学]

授業運営

主にパワーポイントで講義するが、同時に資料と解説文、演習問題を配布する(演習問題は翌週略解を配布)。テーマによって演示実験を行う。予習としては、前回の講義で予告された課題について、簡単なまとめを作成し提出すること。復習として、講義を聴いた後で、同じ課題について改めてまとめ直す、あるいは新たに与えられた課題について、次回の講義にレポートとして提出すること。

評価方法

期末試験(80 %), 中間テスト(20 %) により総合的に評価する。

オフィスアワー

木曜の講義終了後、火曜日の15:30 ~ 17:00に2号館235研究室へ(内線2716)

参考書

下田守、村田滋『化学入門』[東京化学同人]
濱田嘉昭、大野公一『量子化学』[NHK出版(放送大学教材)]
石井菊次郎『物質構造の基礎』[共立出版]

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