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多くの有機・無機・生体の化学反応は溶液内で起こり、それらの反応を分子レベルで理解するには、反応する分子を取り巻くたくさんの溶媒分子の役割を把握する見方が重要である。気相中の化学反応と溶液内の反応の違いは、溶媒効果によって生じるためである。本講義ではその溶媒効果の捉え方について、統計力学的な観点から解説する。溶媒効果には、動的な側面と静的（平衡論的）な側面が存在することを示し、拡散やブラウン運動、自由エネルギーなどの概念を解説する。さらに、それらをもとに典型的な溶液内反応(拡散律速反応、反応障壁越えを含む活性化反応、電子移動反応など)の速度論を解説する。
Many organic, inorganic or biological reactions take place in solutions. During the reactions, solute molecules change their states in an environment surrounded by many solvent molecules. The difference between chemical reactions in gas phase and in solutions is attributed to the role of solvent. To understand the mechanism of reactions in solutions, therefore, we need to treat the role of solvent molecules from microscopic viewpoints. We classify the role of solvent into dynamical and static (equilibrium) aspects, and then deal with fundamental concepts of statistical mechanics, including diffusion, Brownian motion, and free energy. We further discuss mechanisms and kinetics of typical chemical reactions in solutions, such as diffusion-limited reactions, barrier crossing in solutions, and electron transfer.
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)
本授業は原則対面で行う。授業情報と講義資料は Google Classroom を通じて提供する。
１．目的
材料製造プロセスにおいて重要な速度論の基礎的知識を修得し、物質移動過程を含む総括反応の解析や反応装置設計に関する基礎的手法を身につけるとともに、地球環境に調和する新しい材料プロセスについて考える。
２．概要
物質移動論および反応速度論の基礎、律速段階、反応と拡散の同時進行現象、核生成と成長の速度論、反応器内の流体混合等について材料および環境プロセスの例を引いて解説する。
３．達成目標等
この授業では、主に以下のような能力を修得することを目標とする。
・本系の学習・教育目標のＡ，Ｂ，Ｋの能力を習得する。
記号A-Mについては、マテリアル・開発系の教育目標を参照のこと。
https://www.material.tohoku.ac.jp/department/purpose.html
・プロセス内の化学反応とその役割を理解する。
・反応と拡散の同時進行現象の考え方を理解する。
・反応効率に与える流体混合の役割を理解する。
・材料プロセスと地球環境問題との関係についての基礎的知識を得る。
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)
In this course, lectures will given in a lecture room on Wednesdays from 8:50 to 10:20. The class information and lecture materials will be provided via Google Classroom.
1. Goals
The main goal of this lecture coarse is to let students acquire basic knowledge of kinetics, important in materials processing, acquire basic techniques for analysis of overall reactions including mass transfer processes and reactor design, and consider new material processes that are in harmony with the global environment.
２．Outline
Such topics as mass transfer and reaction kinetics, rate-determining steps, simultaneously occurring reaction and diffusion, nucleation and growth kinetics, agitation in reactors, etc. will be explained using examples of materials and environmental processes.
3. Achievement target, etc.
The objective of this class is to acquire the following skills and abilities.
1) Acquire the skills of A, B, and K, which are the main learning and education goals.
For the symbol A-M, refer to the material and development education goals according to the JABEE
classification.
•2) Understand the features of chemical reactions and their role in the materials processing
•3) Understand the concept of simultaneously occurring chemical reactions and diffusion.
•4) Understand the role of fluid mixing on reaction efficiency.
•5) Acquire basic knowledge on the relationship between material processes and global environmental issues.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１.目的
物質の変換を伴う諸現象の進展する速度を支配する因子について理解を促し，反応速度の予測・応用に繋がる基礎の習得を目的とする。
２.概要
気体と液体における分子の運動の考察を通して，化学変化の速度を論じる基礎の準備をする。その後，反応速度の厳密な定義を確立し，反応系の変化速度とミクロレベルの過程との関係、および反応速度の予測について学ぶ。
３.達成目標
反応系の変化速度が素過程や分子衝突に基づいたミクロレベルの過程からどのように表現できるか，および予測可能になるかを考察できる能力の取得を目指す。
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It is one of the roles of engineering to develop various processes responsible for chemical change into a useful technology for human race's welfare. The kinetics in reactions is very important in engineering developments. In this lecture, we prepare the ground for a discussion of rates of chemical reactions by considering the motion of molecules in gases and in liquids. Then we establish the precise meaning of reaction rate, and see how the overall rate, and the complex behavior of some reactions, can be expressed in terms of elementary steps and the atomic events that take place when molecules meet.
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この科目ではGoogle Classroomを使用して、講義資料と講義情報を発信します。
クラスコード: hswkzyo
1．目的
固体電極/電解質系においては，電極界面を通しての電子移動過程を伴う化学反応が生ずる。このような反応は電極反応と呼ばれ，エネルギー変換，情報変換および物質変換において重要な役割を果たしている。ここでは電極反応の基礎概念を学ぶことを目的とする。
2．概要
電気化学ポテンシャルの概念，起電力の発生機構，電極反応の熱力学，電極反応の速度論等の基礎知識について講義を行う。
3．達成目標等
・本学科の学習・教育目標のA，B，C，Dに関する能力を含めて修得する。
・電極電位の概念を理解し，電池の起電力を説明する事ができる。
・電極反応速度の概念を理解し，反応速度を決める要因を説明する事ができる。
・化学電池や金属腐食の原理を理解し，説明する事ができる。
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This course uses Google Classroom to provide lecture materials and lecture information.
Google Classroom: hswkzyo
Objective:
The purpose of this course is to acquaint students with fundamental knowledge about electrochemistry. This course deals with four aspects of electrochemical systems:
1. Ionics describing ion-ion interactions in solvents and conductance of electrolytes;
2. Electrode potentials describing Nernst equations and their applications;
3. Theories of electrode/electrolyte interfaces;
4. Kinetics of electrochemical reactions describing Butler-Volmer equations.
Outcomes:
Describe ion-ion interactions in solvents and conductance of electrolytes
Explain the concepts of electrochemical potential and current density, and to apply Nernst equation to electrochemical systems.
Describe the electrochemical double layer based on common models
Explain relationships between current density and electrode potential, and to extract kinetic parameters from electrochemical data.
This course includes our program outcomes of A, B, C, D.
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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。
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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.
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学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)
１．目的
「化学の基礎」としての物理化学と化学反応の基礎を、演習を通して習得する。
２．概要
構造論（量子化学、化学結合論）、物性論（有機分子，気体）、平衡論（熱力学、溶液化学、状態変化）ならびに反応（速度論，有機反応）に関する問題演習を行う。
３．達成目標等
演習を通じて、基礎の習得とその確認を行い、さらに応用につながるような知識を身につける。
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1. Purpose
Learn the basics of physical chemistry and chemical reactions through exercises.
2. Overview
Exercises on structural theory (quantum chemistry, chemical bond theory), physical property theory (organic molecules, gases), equilibrium theory (thermodynamics, solution chemistry, change of state) and reactions (kinetics, organic reactions).
3. Goals
Through exercises, students will learn and confirm the fundamentals and acquire knowledge that will lead to further application.
物理化学を習得するにあたっては、実際に問題を解いてみる演習が必要である。本講義では、他の学部講義で扱われた物理化学全般に関する演習問題を各自解き、解説を通して理解を深める。内容は、量子論と化学結合、化学熱力学、反応速度論、分光学である。講義時間中に学生は自分の解答を解説して、教員とともに議論する場を設ける。使用する演習問題は、主に国内主要大学の大学院入試問題の過去問レベルを対象とする。
Sufficient exercise is indispensable for students to acquire solid understanding of physical chemistry, In this class, students are asked to solve problems in the field of quantum chemistry, chemical bonds, thermodynamics, reaction kinetics, and spectrosocpies. They are also asked to explain their solutions in the class. The problems in the class are mostly taken from past examinations of graduate courses in main Japanese unversities.