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科目の基本情報
| 開講年度 | 2021 年度 | |
|---|---|---|
| 開講区分 | 生物資源学部 | |
| 受講対象学生 |
生物圏生命化学科・生命機能化学教育コース 学部(学士課程) : 2年次 |
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| 選択・必修 | 必修 教育コース必修科目 |
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| 授業科目名 | 物理化学 | |
| ぶつりかがく | ||
| Physical Chemistry | ||
| 単位数 | 2 単位 | |
| ナンバリングコード | BIOR-Life-2131-001
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| 開放科目 | 非開放科目 | |
| 開講学期 |
前期 |
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| 開講時間 |
月曜日 3, 4時限 |
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| 授業形態 |
ハイブリッド授業 * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい
「オンライン授業」・・・オンライン会議ツール等を利用して実施する同時双方向型の授業 |
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| 開講場所 | ||
| 担当教員 | 末原 憲一郎（生物圏生命化学科） | |
| SUEHARA Ken-ichiro | ||
| SDGsの目標 |
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| 連絡事項 | ZoomURL（全回共通）： https://us02web.zoom.us/j/86390561537?pwd=YTg5a0xDMVkyZ1YwY0ZuY0w2NFpPUT09 初回（4月12日）はオンラインのみで、以降はハイブリッドとします。初回で登校日にあたっている方は、前後の講義の形式に合わせて受講場所を考えてください（前後にハイブリッドが入っている場合は本来の教室の中で遠隔を受ける、来る必要が無ければ自宅から、など）。Moodleコース（物理化学2021）の登録キーなどは初回講義内で案内します。 https://moodle.mie-u.ac.jp/moodle35/course/view.php?id=11173 Zoomパスコードは初回前日4月11日夜までに登録者にメールします。未登録で受講希望の方はメールにてお知らせください。 * 状況により変更される可能性があるので定期的に確認して下さい |
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学修の目的と方法
| 授業の概要 | 物理化学は自然界の挙動を理論的に取り扱う学問であり、数式を用いて現象を定量的に記述し理解することが要求される。自然現象（特に生命現象）を理解するために必要な熱力学の基本概念（エンタルピー、エントロピー、自由エネルギーなど）を学ぶ。 |
|---|---|
| 学修の目的 | 理想気体の状態変化をモデルとし、物質の状態変化とエネルギーの出入りについて学び、熱力学の基本概念を学ぶ。これにより、化学反応を含めた生命活動において観察される現象の本質を理解する。 |
| 学修の到達目標 | 物質の状態変化とエネルギーの関係からエントロピーの概念を学び、そこから導き出される自由エネルギーの概念と物質の化学ポテンシャルについて理解する。さらに、反応速度定数や活量係数など、生命化学で観察される現象を理解するのに必要な知識を習得する。 |
| ディプロマ・ポリシー |
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| 成績評価方法と基準 | 定期試験70%および出席30% |
| 授業の方法 | 講義 |
| 授業の特徴 | |
| 授業改善の工夫 | 数学や物理が苦手な学生が理解できるよう、基礎事項も含めて解説する。配布資料をコンパクトにまとめる（PPTで12スライドＡ４裏表1枚印刷）。 |
| 教科書 | テキスト: たのしい物理化学① 化学熱力学・反応速度論、加納健司・山本雅博著、講談社 |
| 参考書 | |
| オフィスアワー | 月曜日午後15:00～（前期）；生物資源学部棟651室 ただし、第4月曜日不在の場合火曜日午前10:30~12:00 |
| 受講要件 | 高校の物理と化学の内容を既知とする |
| 予め履修が望ましい科目 | 数学基礎、化学基礎I・Ⅱ、生物学基礎Ⅰ・Ⅱ、物理学基礎I |
| 発展科目 | 生命機能化学実験実習１、生物物理化学、生物化学工学、食品工学 |
| その他 |
教員免許・各種資格取得に関連した科目 (注 : 必ず入学年度の学修（習）要項で確認してください) |
授業計画
| MoodleのコースURL |
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| キーワード | 熱力学、エンタルピー、エントロピー、自由エネルギー |
|---|---|
| Key Word(s) | Chemical thermodynamics, Enthalpy, Entropy, Free energy |
| 学修内容 | 1. 物理化学講義概要（自然現象と熱力学） 2. 物理化学で用いる数学 3. 理想気体（最も単純な物質のモデル) 4. 気体の圧力とエネルギー 5. 内部エネルギーとエネルギー保存則（熱力学第一法則） 6. エンタルピー 7. 標準生成エンタルピー 8. エントロピーと熱力学第二法則・第三法則 9. カルノーサイクル 10. 自由エネルギーの基礎式 11. 自由エネルギーと化学ポテンシャル（平衡） 12. 理想状態からのズレ（活量係数） 13. 相平衡 14. 化学平衡 15. 熱力学と生化学反応 |
| 事前・事後学修の内容 | 1. 事前：高校理科（物理・化学・生物）の学習内容（教科書目次）（１時間） 事後：物理→化学→生物の関係を整理、本講義の前後に開講される科目との関連性を整理（３時間） 2. 事前：高校数学の基礎（２時間） 事後：指数・対数の計算、全微分と偏微分、一次反応式の積分（２時間） 3. 事前： 理想気体の性質（状態方程式）（１時間） 事後：系の性質について整理（２時間） 4. 事前：分子運動と圧力の関係（２時間） 事後：分子運動と圧力の関係をエネルギーの視点で考える（２時間） 5. 事前：気体の膨張・圧縮に関する現象を状態方程式として考える（２時間） 事後：熱と仕事、エネルギー保存則（熱力学第一法則）について整理（２時間） 6. 事前：物質が熱を吸収・放出する現象（２時間） 事後：熱容量とエンタルピーの関係を整理（２時間） 7. 事前：熱化学反応式（２時間） 事後：高校化学で習う熱と符号と逆になる意味を整理（２時間） 8. 事前：物質が絶対零度の状態の時の分子運動（２時間） 事後：エントロピー増大（熱力学第二法則）、絶対零度の定義（第三法則）について整理（３時間） 9. 事前：熱機関（エンジン・TCAサイクル）（１時間） 事後：カルノーサイクル（理想的な熱機関）について整理（３時間） 10. 事前：他の講義で習う「自由エネルギー」について復習（２時間） 事後の自由エネルギーの基礎式（圧力一定または温度一定）について整理（２時間） 11. 事前：他の講義で習う「平衡状態」について復習（２時間） 事後：平衡状態を自由エネルギーバランスとして整理（２時間） 12. 事前：他の講義で習う「活量係数」について復習（２時間） 事後：活量係数を自由エネルギーの視点で整理（２時間） 13. 事前：他の講義で習う諸現象（気液平衡、沸点上昇、蒸気圧・凝固点降下、浸透圧）について復習（２時間） 事後：上記の諸現象を自由エネルギーの視点で整理（２時間） 14. 事前：他の講義で習う「平衡定数」について復習（２時間） 事後：平衡定数（温度・圧力の関係）を自由エネルギーの視点で整理（２時間） 15. 事前：他の講義で習う「反応速度定数」について復習（２時間） 事後：化学反応速度論を自由エネルギーの視点で整理（２時間） |
| 事前学修の時間:90分/回 事後学修の時間:150分/回 |