2009年度　化学熱力学

担当　　高原周一

講義の目的これまでの講義で学んだことを復習しながら，熱力学の本質を理解し，様々な化学現象を熱力学的に捉える力を身につけること．

熱力学を学ぶ意味• 化学現象を理解する上で重要．　　化学反応の進む方向は何によって決まるのか？

• エネルギー問題の解決や新素材開発等に必要な知識．• 論理的な思考の訓練の機会．• 様々な現象を理解する際にヒントとなる．　例：経済学，社会の動き　 etc．

達成目標（１）1. 内部エネルギー，エンタルピー，エントロピー，自由エネルギーといった熱力学量の意味を理解すること．　自分の言葉で説明できますか？

2. 具体的な変化の際に，系と周囲のエネルギーのやり取りや，分子レベルの変化をイメージすることにより，種々の熱力学量の増減を可能な範囲で予想できるようになること．◎　熱力学はマクロな現象を扱うが，これをミクロな事象から理解する（＝分子論的に理解する）ことを目指す．

　ミクロ（微視的）とは原子・分子レベルのスケールでものを見ること　マクロ（巨視的）とは日常生活のスケールでものを見ること

◎　熱力学は本来定量的な学問であるが，本質を見失うことを避けるために，定性的な理解を重視する．

達成目標（２）3. 反応の進む方向は何によって決まるのか理解すること．

4. 身近な現象や技術の中に自然の法則が貫かれていることを実感すること．　実験をできるだけ取り入れる．　熱力学の応用についても触れる．

5. 自分の理解した論理をわかりやすく他人に説明できるようになること．

6. 熱力学のおもしろさ・有用性を実感すること．

口頭報告　（演習）• 次々回までに４～６人の班を作っておく．メンバーは自由．３人以下の班および班が作れなかった人は，高原が主導して統合・再編を行う．

• 演習の前々週の授業で，演習問題を発表する．各個人は，全ての演習問題を解いてくる（宿題）．

• 演習の前週の授業時間の最後に班でディスカッションする．時間が足りなければ授業時間外に再度集まる．

• 演習の当日（土曜日の可能性もある）は班単位で演習問題の解答を口頭で高原まで報告に来る．だれが報告するかはその場で高原が指名する．報告のための時間は授業時間内に取るが，時間が足りなかった場合には授業時間外に高原の部屋まで出向くこと．この報告は単位取得の必要条件．

• 予備テスト・定期テストには演習問題の類題を中心に出題．

口頭報告制度を採用する理由• 人に説明でき，ちょっとした質問に答えることができれば，よく理解できているということである．口頭で報告することにより，受講生が自分の真の理解度を把握することができる．

• 班内でディスカッションすることで，討論する力を磨くことができる．

• 班のメンバーの理解度に差がある場合，教えあいが成立する．他人に教えることにより深い理解が得られるという効果も期待できる．

　　この制度を成功させるためには，班内で素朴な疑問を出し合ったり，率直な意見表明ができたりする雰囲気を作ることが大切．

出欠確認 授業当日に課題提出がある場合はそれにより出

欠確認を行う．課題提出がない場合は，授業の最後に感想・質問・要望を書いてもらい，その提出により出欠確認を行う．何も提出しないと欠席と見なされるので注意すること．

注：　質問，要望にはできるだけ回答したいので，具体的にわかりやすい表現で書いてほしい．

課題• 課題内容は主に講義・冊子に対する質問，演習問題，

熱・エネルギー関係の自由学習など．

• 課題によっては匿名で授業のホームページに掲載することがある．URL　　 http://www.chem.ous.ac.jp/~takahara/chth/

• 課題提出には基本的に課題提出システムを使用するが，課題によってはレポート用紙に書いて提出してもらう．

• 課題提出しなかったもの，再提出を要求されたものは期末試験前日までの提出を受け付ける（ただし，評価点は減点する）．

冊子＋パワーポイントの使用• 授業は高原が作成した冊子＋パワーポイントを主体に行う．

補助的にプリントを配布する．板書はあまり行わない．• 講義中にメモをとる．プリントに必要な点を書き入れるとよい．

• 前回に配ったプリントも持ってくるようにする．• 配ったプリント類はバインダー等に閉じて無くならないようにする．

• 参考書として「バーロー物理化学（上）第 6版」を用いる．

心得• 丸暗記に走らず，理解する努力を！• わからないところがあれば気軽に質問にくる．

講義日程（予定）1日目　 10 月 1日　ガイダンス，分子間力についての演示実験2日目　 10 月 8日　古典力学と量子力学，分子間力3日目　 10 月 15日　力とエネルギー，内部エネルギー4日目　 10 月 22日　内部エネルギー（続き），温度5日目　 10 月 29日　小テスト（１），熱力学第１法則，エンタルピー6日目　 11 月 5日　熱力学の応用例（エアコンのしくみ等），エントロピー

7日目　 11 月 12日　口頭報告（１）8日目　 11 月 19日　口頭報告（１）の答あわせ，エントロピー（続き）9日目　 11 月 26日　小テスト（２），自由エネルギー10日目　 12 月 3日　自由エネルギー（続き），速度論的要因11日目　 12 月 10日　化学平衡　12日目　 12 月 17日　口頭報告（２）13日目　 1 月 14日　口頭報告（２）の答あわせ，エンジンの効率，まとめ

14日目　 1 月 21日　予備テスト15日目　 1 月 28日　定期テスト

単位認定・評価方法　 最低限習得すべき事項の理解と実質的な授業参加がなされていれば，単位を認定する．

• 予備テスト＋定期テスト（ 70点）• 出席確認レポート（ 10点）　　←　マイナス点あり• 宿題レポート（ 20点）

• 上記の評点の合計が 60点以上なら単位を認定する．• 評点が 60点未満でも定期テストで 60％以上の点を取っていれば単位認定する（出席日数不足の者を除く）．

• レポート点が低い者に対して，レポートの提出を求めることがある．

＜本日の講義内容＞（１）静電気力についての演示実験と講義（２）感想文提出（出欠を兼ねる）

＜連絡事項＞　次回の講義で冊子を販売する．価格は 900~1000円ぐらいの予定．

＜課題＞課題提出システムで提出， 10月 6日まで．　　クラス ID： takahara09n内容：　現時点での「私のやりたい仕事」もしくは「将来の夢」について理由・経緯も含めて書け．

問題１紙でこすって静電気を発生させたストローをひもでつり下げます。もう一本のストローを紙でこすって静電気を発生させ，さきほどのストローに近づけるとどうなるでしょう。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。④ その他。

問題２こんどは，ガラス棒を紙でこすって静電気を発生させます。これを，さきほどのストロー（静電気をもっている）に近づけるとどうなるでしょう。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。④ その他。

問題３針金（ステンレス，静電気をもっていない）をひもでつり下げます。そこにプラスの静電気をもったガラス棒を近づけるとどうなるでしょう。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。

問題４こんどは，さきほどの針金（ステンレス，静電気をもっていない）にマイナスの静電気をもったストローを近づけるとどうなるでしょう。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。

問題５木のおはし（静電気をもっていない）をひもでつり下げます。そこにプラスの静電気をもったガラス棒を近づけるとどうなるでしょう。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。

問題６こんどは，さきほどの木のおはしにマイナスの静電気をもったストローを近づけるとどうなるでしょう。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。

問題７ネギをひもでつり下げます。そこにマイナスの静電気をもったストローを近づけるとどうなるでしょう。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。

研究問題　色々な物に（マイナスの）静電気を近づ

けるとどうなるでしょうか。

• 針金（ステンレス）• 木• ネギ• 空き缶• トイレットペーパーの芯• 湯のみ• 人間？？

問題８紙でこすって静電気を発生させたストローをひもでつり下げます。これに静電気をもっていないもの（例えば指）を近づけると，どうなるでしょうか。

① 引きつけられる。② 反発して逃げていく。③ じっとして動かない。

問題９紙でこすって静電気を発生させたストローを水流に近づけると，どうなるでしょうか。

① 水の流れは引力を受けてストローの方に曲がる。

② 水はそのまま，まっすぐ流れる。③ 水の流れは反発力を受けてストロー

と反対側に曲がる。④ その他。

問題１０紙でこすって静電気を発生させたストローをメタノールの流れに近づけると，どうなるでしょうか。

① メタノールの流れは引力を受けてストローの方に曲がる。

② メタノールはそのまま，まっすぐ流れる。③ メタノールの流れは反発力を受けてスト

ローと反対側に曲がる。④ その他。

問題１１紙でこすって静電気を発生させたストローをヘキサンの流れに近づけると，どうなるでしょうか。

① ヘキサンの流れは引力を受けてストローの方に曲がる。

② ヘキサンはそのまま，まっすぐ流れる。③ ヘキサンの流れは反発力を受けてスト

ローと反対側に曲がる。④ その他。