単位数: 2. 担当教員: 壹岐 伸彦, 渡邉 賢. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TCH-CHE201J. 開講言語: 日本語／Japanese.
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Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１． 目的
化学の諸原理を確立し敷衍する物理化学の基礎を学ぶための第一歩として，本講義では，物質の状態変化および化学変化についての熱力学的及び速度論的な理解の仕方を学習する。そこで基礎となる概念と，定量的な手法の習得を目的とする。
２．概要
状態変化の扱い方を学ぶとともに，熱力学諸法則，熱力学的状態量（エンタルピー，エントロピー，自由エネルギー，化学ポテンシャル等）の定義とそれらの定量的表現法，さらには，具体的な応用についても学習する。次に，熱力学的知見の重要な展開として，化学平衡と溶液の諸性質を議論し，最後に，速度論の基礎を学ぶ。
３．達成目標等
この授業では，主に以下のような知識・スキルの修得を目標とする。
・ 物質変化・状態変化に対しての熱力学的理解とその定量的表現。
・ 実際の物質変化・状態変化の解析法とその応用。
・反応速度に関する基礎的理解と定式化及び決定法。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)
1. Objective
Physical chemistry is a base of chemical principles to describe wide variety of chemical phenomena. To learn the basics of physical chemistry, understanding in the physical states of matters and chemical reaction in terms of thermodynamics and chemical kinetics is of particular importance. This course aims to deepen understanding in those concepts and quantitative description.
2. Summary
First, this course provides students with basic knowledge such as phase transition, principles of thermodynamics, definition and usage of state functions (enthalpy, entropy, free energy, and chemical potential), and their application to real systems. Second, thermodynamics of properties of solutions and chemical equilibrium. Third, chemical kinetics.
3. Goal
Students will acquire knowledge and develop the skills on the following matters:
1) Understanding and description of phase transition and chemical reaction by thermodynamics.
2) Quantitative description and analysis of such changes in real systems.
3) Description of chemical kinetics by rate law and kinetic analysis.
この授業は，「化学Ｂ」の履修を前提としている。「化学Ａ」，「化学Ｃ」とも内容が関連しているので，理解を深めるためにも，これらも履修していることが望ましい
Students are requested to have completed a course in "Chemistry B." Also, completion of "Chemistry A" and "C" is highly recommended to earn deep understanding of this subject.
１．物理化学の体系（平衡，物質構造，化学変化）
２．気体の性質（気体の諸法則，気体分子運動論，実在気体）
３．熱力学第一法則と熱化学（仕事と熱，内部エネルギーとエンタルピー）
４．熱力学第二法則の概念（エネルギーの散逸，エントロピー）
５．熱力学第二法則の展開（ギブスエネルギー，化学ポテンシャル，フガシティー）
６．状態量と相平衡（相図，相の安定性と相転移）
７．中クイズ- １
８．溶液の熱力学（混合液体，ラウールの法則，ヘンリーの法則，活量）
９．電解質溶液の性質（伝導率，イオン移動度）
10．化学平衡の原理（自発的な化学反応，平衡の移動）
11．平衡電気化学
12．実験的な化学反応速度論（速度定数，反応次数）
13．化学反応速度則の定式化（素反応，複合反応，律速段階）
14．中クイズ- ２
15．総括
1. Systematic view of physical chemistry: Structure of matters, Equilibrium, and Chemical Reaction.
2. Properties of Gases: Equation of states, Kinetic theory, and Real gases.
3. First law of thermodynamics: Work and heat, Internal energy, and Enthalpy.
4. Second law of thermodynamics 1: Concepts, Dissipation of energy, and Entropy.
5. Second law of thermodynamics 2: Gibbs energy, Chemical Potential, and Fugacity.
6. State functions and Phase equilibria: Phase diagram, Stability and transition in phases.
7. Intermediary exam. 1
8. Thermodynamics of solutions: Mixed liquid, Raoult law and Henry law, and Activity.
9. Properties of electrolyte solutions: Conductivity and Mobility of ions.
10. Chemical equilibria: Spontaneous reaction and Shift in equilibrium.
11. Electrochemistry: Electrode potentials and Electromotive force.
12. Chemical kinetics 1: Rate law, Rate constant, and Order
13. Chemical kinetics 2: Elementary reaction, Multistep reaction, and Rate-determining step.
14. Intermediary exam. 2
15. Review
授業時間は限られているので自主学習が重要になる．予習・復習を必ず行うこと．
The session time is limited and therefore self-directed learning is important. Students are required to prepare and review for each class.
レポート、課題、オンライン授業で実施する小テスト等により学修目標への達成度を総合的に評価する。
Students are evaluated on their submitted, examinations, and so on.
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オフィスアワーは随時とするが，事前に希望日時と相談内容をE-mailで連絡すること．E-mailアドレスは初回にアナウンスする．
Make an appointment in advance via e-mail. The contact information will be provided in the class.
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