化学１

Chemistry 1

9982B78

81ZZCHE101

秋山　好嗣

Yoshitsugu Akiyama

2024年度前期

2024/First semester　

月曜2限

Mon. 10:30-12:00

先進工学部　マテリアル創成工学科

Department of Materials Science and Technology, Faculty of Advanced Engineering

2.0単位

講義

Lecture

-

① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

化学の基礎となる物理化学( 量子力学に基づく原子の構造・化学結合, 化学熱力学の基礎）を，講義，演習を通して学ぶ。

The following physical chemistry, which is the basis of chemistry, will be studied through lectures and exercises.
Atomic structure based on quantum mechanics, chemical bonding, and chemical thermodynamics

本学部のディプローマポリシーに定める「自然・人間・社会に係る幅広い教養を修得し、専門分野の枠を超えて横断的にものごとを俯瞰できる能力」を実現するための科目である。理系学問の基盤をなし，本学学生が専門科目を履修するために必須と考えられる科目(基幹基礎科目)として開講する。

The department's diploma policy stipulates "the ability to acquire a broad education pertaining to nature, humanity, and society, and to think in a cross-disciplinary and multidisciplinary manner beyond the boundaries of specialized fields. The purpose of this course is to realize these provisions. In addition, it builds a foundation for science-related studies and is offered as a subject considered essential for students of the Tokyo University of Science to take specialized subjects (Core Foundation Courses).

・現代的な原子論を説明できる。
・原子モデルの形成に関する歴史を説明できる。
・光の波動的な性質を理解したうえで，線スペクトルと連続スペクトルの相違を説明できる。
・プランクの量子仮説，アインシュタインの光電効果からE=nhνを説明できる。
・ボーアの原子モデルを説明でき, かつボーアのモデルの欠陥も説明できる。
・粒子性と波動性の相違を説明できる。
・ド・ブロイの物質波を説明できる。
・シュレディガー方程式を説明できる。
・ボルンの確率解釈を説明できる。
・オービットとオービタルの相違を説明できる。
・s軌道，p軌道，d軌道の電子雲モデルを描画できる。
・水素型原子だけではなくアルカリ金属原子のエネルギー準位の違いについて説明できる。
・電子や原子核の持つスピンによる,より詳しいエネルギー準位の違いについて説明できる。
・実在気体の状態方程式について理解できる。
・熱力学の第一法則・第二法則の基礎的な概念について理解できる。
・ギブスの自由エネルギーを用いて、化学反応の方向性について説明できる。

Students taking this course should be able to
・explain modern atomic theory.
・explain the history of the formation of atomic models.
・understand the wave nature of light and to explain the difference between the line spectrum and the continuous spectrum.
・explain E=nhν from Planck's quantum hypothesis and Einstein's photoelectric effect.
・explain Bohr's atomic model and the defects of Bohr's model.
・explain the difference between particle nature and wave nature.
・to be able to explain de Broglie's matter wave.
・explain Schrödinger's equation.
・explain Born's probability interpretation.
・explain the difference between orbits and orbitals.
・draw electron cloud models for s-, p-, and d-orbital.
・explain the difference of energy levels of alkali metal atoms as well as hydrogen atoms.
・explain more detailed differences in energy levels depending on the spin of electrons and nuclei.
・understand the equation of state of a real gas.
・understand the basic concepts of the first and second laws of thermodynamics.
・explain the directionality of chemical reactions by using Gibbs free energy.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

1. 高校化学程度の知識を有しておくこと。
2. 授業形態、試験方法、講義内容は変更される場合があります。変更が生じた場合はLETUSでアナウンスします。また、必要な講義資料は随時LETUSにアップロードするので各自で確認しておくこと。

1. students should have a knowledge of high school chemistry. 2.
2. class format, examination methods, and lecture content are subject to change. Any changes will be announced on LETUS. In addition, necessary lecture materials will be uploaded to LETUS as needed, so please check them by yourself.

小テストの実施　Quiz type test／-

-

（準備学習）
配布プリント（PDF）の各回の該当箇所を事前に読んでおくこと【120分】。
（復習）
各回の講義内容を十分に復習し，到達目標に示した事柄について回答できるようにしておくこと【120分】。詳細は「授業計画」を参照すること。

(Preparation)
Students should read the relevant sections of the handout (PDF) for each session in advance.【120 min.】
(Review)
Students are expected to review the contents of each lecture and be able to answer the questions indicated in the achievement objectives.【120 min.】
Refer to the "Class Plan" for details.

レポート課題（15点）と到達度評価（85点）の合計100点で評価

This lecture will be evaluated comprehensively based on the mid-term examination and achievement assessment.

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

N

-

教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

講義内で随時お知らせします。

Reference books and materials required for lectures will be provided as needed during the lecture.

第1講　オリエンテーション
（準備学習）LETUSに掲載してある資料全体を把握する。
高校と大学教養で履修する化学の違いを説明できる。
（復習）電子式の基礎概念について復習する。
第2講　物質の構造と分類
（準備学習）講義資料の物質の構造に関する記述を読む。
原子の構造と化学量論について説明できる。
（復習）物質の構造について復習する。

第3講　原子の構造
（準備学習）講義資料の原子の構造に関する記述を読む。
原子の構成要素、同位体について理解する。
（復習）原子の構成要素とその分類を復習する。

第4講　電子の波動性
（準備学習）講義資料の電子の波動性に関する記述を読む。
光が電磁波とよばれる波であることを理解する。
（復習）光電効果、Ｘ線、エネルギー準位について復習する。

第5講　水素原子の構造と性質
（準備学習）講義資料の水素原子に関する記述を読む。
原子スペクトル，リュードベリの式について理解できるようになる。ド・ブロイの物質波，ボーアの量子条件および不確定性原理について理解できるようになる。
（復習）ボーアの原子モデルを復習する。

第6講　量子論の基礎
（準備学習）講義資料の量子に関する記述を読む。
ド・ブロイの仮説、Heisenbergの不確定性原理、電子の存在確率ついて学ぶ。
（復習）量子力学の基礎を復習する。

第7講　量子論とその応用
（準備学習）講義資料の量子論に関する記述を読む。
簡単なポテンシャルのもとでのシュレディンガー方程式の導出を理解できるようになる。
（復習）シュレディンガー方程式とその解法を復習する。

第8講：レポート課題
（準備学習）講義資料を中心に例題・課題を確認する。
（復習）レポート課題の内容について復習する。

第9講　イオン結合と共有結合
（準備学習）講義資料のイオン・共有結合に関する記述を読む。
原子が結合を作る力はどういうものかを説明できる。分子軌道で共有結合を説明できる。
（復習）共有結合の基礎概念について復習する。

第10講　混成軌道
（準備学習）講義資料の混成軌道に関する記述を読む。
sp3, sp2, sp混成軌道を説明できる。
（復習）混成軌道の概念について復習する。

第11講　気体の状態方程式
（準備学習）講義資料の熱力学の概念のうち内部エネルギーとエネルギー保存則に関する記述を読む。
熱力学の第一法則について理解できるようになる。
（復習）熱力学の概念のうち熱力学第一法則を復習する。

第12講　内部エネルギーと熱力学第一法則
（準備学習）講義資料の熱力学の概念のうち内部エネルギーとエネルギー保存則に関する記述を読む。
熱容量とエンタルピーについて理解できるようになる。
（復習）熱力学の概念のうち熱力学第一法則を復習する。

第13講　エントロピーと自由エネルギー（熱力学第二法則）
（準備学習）講義資料の熱力学第二法則の概念のうちエントロピーと自由エネルギーに関する記述を読む。
熱力学第二法則について理解できるようになる。
（復習）基礎熱力学のうち不可逆過程とエントロピーを復習する。

第14講　第2-13講の振り返りと演習
（準備学習）化学１の内容を復習する。
（復習）例題・課題・小テスト問題を復習する。

第15講　到達度評価
（準備学習）第2-13講のスライド資料をつかって復習する。
（復習）試験内容について復習する。

1. Orientation
(Preparation) Students will review the entire material posted on LETUS.
Students will be able to explain the difference between high school and college chemistry.
(Review) Students will review the basic concepts of electronic equations.

2. Structure and classification of substances
(Preparation) Read descriptions of the structure of substances in the textbook.
Students will be able to explain the structure of atoms and stoichiometry.
(Review) Students will review the structure of matter.

3. Structure of atoms
(Preparation) Read the description of atomic structure in the textbook.
Students will understand the components of atoms and isotopes.
(Review) Students will review the components of atoms and their classification.

4. Wave nature of electrons
(Preparation) Students will read the description of wave nature of electrons in the textbook.
Students will understand that light is a wave called electromagnetic wave.
(Review) Students will review photoelectric effect, X-rays, and energy levels.

5. Structure and properties of hydrogen atom
(Preparation) Read descriptions of hydrogen atom in the textbook.
Students will be able to understand atomic spectrum and Rydberg's equation. (2) To be able to understand de Broglie's matter wave, Bohr's quantum condition, and uncertainty principle.
(Review) Students will review Bohr's atomic model.

6. Fundamentals of quantum theory
(Preparatory study) Read descriptions of quantum in the textbook.
Students will learn about de Broglie's hypothesis, Heisenberg's uncertainty principle, and probability of existence of electrons.
(Review) Students will review the basics of quantum mechanics.

7. Quantum theory and its applications
(Preparation) Students will read descriptions of quantum theory in the textbook.
Students will be able to understand the derivation of Schrodinger equation under simple potentials.
(Review) Students will review Schrodinger equation and its solution.

8. Report
(Preparation) Students will review examples mainly from the lecture materials for the report subject.
(Review) Students will review the contents of the topics of report.

9. Ionic and covalent bonding
(Preparatory study) Read descriptions of ionic and covalent bonding in the textbook.
To be able to explain what kind of force an atom has to form a bond. To be able to explain covalent bonding in terms of molecular orbitals.
(Review) Students will review the basic concept of covalent bonding.

10. Mixed orbitals
(Preparation) Read the description of hybrid orbitals in the textbook and handouts.
Students will be able to explain sp3, sp2, and sp hybrid orbital.
(Review) Students will review the concept of hybrid orbitals.

11. Equation of state of gases
(Preparation) Read the descriptions of internal energy and conservation law of energy in the handout of thermodynamics.
Students will be able to understand the first law of thermodynamics.
(Review) Students will review the first law of thermodynamics among the concepts of thermodynamics.

12. Internal energy and the first law of thermodynamics
(Preparation) Students will read the descriptions of internal energy and conservation law of energy in the handout of thermodynamic concepts.
Students will be able to understand heat capacity and enthalpy.
(Review) Students will review the first law of thermodynamics among the concepts of thermodynamics.

13. Entropy and free energy (Second law of thermodynamics)
(Preparation) Students will read the description of entropy and free energy among the concepts of the second law of thermodynamics in the handout.
Students will be able to understand the second law of thermodynamics.
(Review) Students will review irreversible processes and entropy in basic thermodynamics.

14. Review and Exercises of Lectures 2-13
(Preparation) Students will review the contents of Chemistry 1.
(Review) Students will review examples, assignments, and quiz questions.

15. Evaluation of achievement
(Preparation) Students will review the slides of Lectures 2-13.
(Review) Students will review the contents of the examination.

16. Summary
(Preparation) Students should review the contents of Chemistry 1.
(Review) Students will summarize the assignments in their notebooks.

企業・国内外の教育研究機関における研究員（製造業・ケミカルバイオロジー・ナノバイオ研究）の勤務実績を活かし化学について講義する。

This Lecture will be given using the experience of researchers at overseas and domestic research institutions.

-

-

なし

-

-