物質の構造と状態 (I55A)

日本大学理工学部

2023年理工学部シラバス - 電気工学科

設置情報

科目名	物質の構造と状態
設置学科	電気工学科	学年	1年
担当者	米田　哲也	履修期	後期
単位	2	曜日時限	金曜5
校舎	船橋	時間割CD	I55A
クラス	Aクラス

概要

学修到達目標	「物質」についての知識は，「材料」や「環境」を学ぶ上で基礎的な情報として必須である。この「物質」の性質や反応を理解するには，微視的な視点で原子や分子を理解することが重要である。「物質の構造と状態」ではこのような見方を通して，物質とこれに関わる現象を理解・説明できるようにする。【ディプロマ・ポリシー（DP）とカリキュラム・ポリシー（CP）】本授業科目は，DP1・3及びCP1・3に該当しています。
授業形態及び授業方法	【授業方法】（１）この授業は，「対面授業」で実施する。LMS（ラーニング・メディア・システム）を資料提供および課題提出のために併用することがある。　※（１−１）LMSについて正式にはガイダンス時で説明する。「CST-VOICE」を経由したV1（Google Classroom）あるいはV2（Canvas）のいずれかで実施する。（２）各回の講義後に，課題（問題に対して文章や計算式などを書いて記述・説明する形式）を課している。毎週，１週間後の授業時刻（16:40）までに解答した課題をLMSを利用して提出することを義務付ける。【フィードバック】次回の講義で，レポートの講評，正答，解説を伝える。また，次週の講義後，以降にLMSにて解説付き正解答資料を提供する。
履修条件	基礎教育科目（化学系科目），選択科目。【学部Ⅰ年生】建築学科・Aクラスを履修対象とする。【過年度生・短大生】事前に連絡先（メールアドレス）へ申請希望を出すこと。基本的には受講を認める。【出席】教室の後部に設置されたカードリーダーに学生証を触れさせて出席を取る（注意事項：学生証を忘れた学生へのフォローは一切しない。学生証は忘れないこと。）

授業計画

第1回	科目概要の解説および基礎的事項の確認　高校までの化学からの発展，化学の一般的な事項を理解する。【事前学習（60分）】シラバスを参照し，高校の教科書（化学，化学基礎）から，物質の分類（混合物と純物質，単体と化合物），物質量（モル）などの基礎的事項を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第2回	物質の構造・性質の理解とその歴史的過程　物質や原子構造についての考え方とその解明の過程を知り，その途上に現在があることを理解する。【事前学習（60分）】高校の教科書（化学，化学基礎）から，同素体，原子の構造（電子，陽子，中性子），物質量（モル），アボガドロ数，原子量・分子量，同位体を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第3回	巨視的と微視的な世界の運動：光（電磁波），黒体放射（熱と光），エネルギー量子仮説，光の粒子，ボーアの原子模型（前周期量子論）による説明と限界　ミクロな世界のエネルギーや運動，原子構造の解明のための実験過程で明らかになった古典力学の限界を理解する。【事前学習（60分）】高校の教科書（物理）の「原子」を参照し，これらの実験に見られる物理現象を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第4回	量子論的原子モデル（１）：物質の波動性，不確定性原理，1次元のシュレーディンガー波動方程式，箱の中の粒子，水素原子モデル　現在の物質の構造・性質の理解の基礎となる量子力学の基礎，水素原子の状態について理解する。【事前学習（60分）】高校の教科書（物理・物理基礎）の原子や波動を参照し，原子内の原子核と電子の間の力とエネルギーの釣り合い，波動の特性と干渉現象を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第5回	量子論的原子モデル（２）：動径関数と球面調和関数，量子数，原子軌道の形状・確率密度・広がり，電子配置を決める構成原理　量子数，波動として説明される原子軌道（オービタル）の種類（形状・エネルギー）と軌道への電子の入り方（電子配置）のルールを理解し，各元素の電子配置・エネルギー準位・形状をイメージできるようにする。【事前学習（60分）】量子数，原子軌道の種類と形状，エネルギー準位，電子配置の規則（構成原理）を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第6回	元素の性質と周期性：イオン化エネルギー，電子親和力，原子・イオン半径，電気陰性度　元素の基本的性質が電子配置から説明できること，それが主に有効核電荷の違いに基づくことを理解する。【事前学習（60分）】第一イオン化エネルギー，電子親和力，軌道による貫入の違いと遮蔽の関係，有効核電荷の変化，原子半径とイオン半径を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第7回	化学結合（１）：ルイスの記号，オクテット則と例外，イオン結合，イオン対の集合とエネルギー，イオン結晶（固体）の中のイオン半径比　原子価殻の電子数と反応性，オクテット則，イオン結合とその集合の規則を理解する。【事前学習（60分）】オクテット則，イオン結合を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第8回	化学結合（２）：共有結合，ルイス構造の記述，共鳴構造と形式電荷，結合のイオン性と極性分子，電気双極子モーメント　共有結合，イオン結合との違い，電気双極子モーメント，分子の極性について理解する。【事前学習（60分）】共有結合，イオン結合との違い，電気双極子モーメント，分子の極性を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第9回	化学結合（３）：原子価殻電子対反発理論（VSEPR），原子価結合法（σ結合，π結合），混成軌道（sp3，sp2，sp）と簡単な分子構造との関係　炭素が形成する複雑な分子の形状・性質が，主に混成軌道に基づいて説明できることを理解する。【事前学習（60分）】原子価殻電子対反発理論（VSEPR），混成軌道（sp3，sp2，sp）を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第10回	化学結合（４）：原子価結合法（VB法）の限界，分子軌道法（MO法），MO法による水素分子の理解，軌道相互作用とエネルギーの安定化，等核二原子分子，異核二原子分子　原子軌道（波）の重ね合わせとエネルギー変化（分子軌道の形成），原子間の結合力・反発力の生成，水素分子への応用。簡単な二原子分子への適用を学ぶ。【事前学習（60分）】原子軌道（波）の重ね合わせ，分子軌道の形成，水素分子を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第11回	化学結合と固体の性質：金属結合，金属の性質，金属結晶（固体）と格子定数，原子の充填率，相転移，バンド理論（バンド構造）　金属結合とその金属結晶（固体），固体物性の基礎となるバンド理論を分子軌道の延長として学ぶ。【事前学習（60分）】金属結合，結晶，原子の充填率，バンド理論について予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第12回	分子間の働きと物質の状態変化：分子間力，分子間相互作用（配向力，誘起力，ロンドン力），ファン・デル・ワールス力，水素結合，物質の三態(気・液・固)，超臨界状態，状態変化とエネルギー，気液平衡，沸騰，蒸気圧，状態図（相図），ギブスの相律　分子間に働く力について学び，物質の状態変化との関連を理解する。【事前学習（60分）】分子間力，分子間相互作用（配向力，誘起力，ロンドン力），水素結合，物質の三態(気・液・固)，状態変化，気液平衡，沸騰，蒸気圧，状態図（相図）を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第13回	気体の性質　気体の性質，ボイル，シャルルの法則，アボガドロの原理，状態方程式，理想気体と実在の気体の違いについて理解する。【事前学習（60分）】状態方程式，理想気体，実在気体を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第14回	液体の性質　液体の性質，溶液と濃度，溶解度，束一的性質，コロイド粒子を理解する。【事前学習（60分）】液体の性質，溶液と濃度，溶解度，束一的性質，コロイド粒子を予習しておくこと。【事後学習（180分）】授業後，プリントとノートの内容を各自あるいは学生間で確認して理解を深める。
第15回	理解度確認テストとその解説【事前学習(180分)】今までの第1〜14回を内容を，総合的に予習しておく。【事後学習(60分)】授業内で解説した内容を確認して理解を深める。

その他

教科書	（著者）ピーター・アトキンスほか，（訳者）渡辺　正『一般化学（上） [ISBN: 9784807908547]』東京化学同人 2014年第1版＃１　少し表現が難しいが，深い内容まで書いてある良書。将来にかけて，一冊は持っておくべき本。再度，説明した箇所の予習復習に良い。プレゼンテーション用スライドで授業を進める中で，必要な図表やイラストなども含まれている。B5版（定価：￥3,200円＋税）
参考書	（著者）小林憲司ほか『化学の世界への招待 [ISBN: 9784782707838]』三共出版 2020年第2版＃２　わかりやすい文章での解説。B5版（定価：￥2,400円＋税）
成績評価の方法及び基準	（１）授業への出席：全15回中で10回以上の出席した学生を評価の対象とする（２）理解度確認テスト（第15回に実施）：60％（３）毎回の授業誤の課題（＝レポート）：40% 　※課題の提出状況と内容で評価する。提出期限は1週間後の16:40まで，遅延提出は減点。以上より，GPA 制度の基準に従い，点数および合否を決定する。
質問への対応	授業中および授業後または下記オフィスアワー，LMSでの問い合わせ，メール等で対応する。それ以外の時間でも下記研究室に在室中であれば随時質問は可能。
研究室又は連絡先	船橋校舎８号館８１２室 yoneda.tetsuya※nihon-u.ac.jp　（※を@に変えてください）
オフィスアワー	金曜船橋 12:15 ～ 13:15 左記以外にも在室時には随時対応
学生へのメッセージ	大学で学ぶ化学では新しく少し難しい内容も含みます。ただし，全てを覚えないと単位を取得できないわけでは無いので，難しい内容が出てきても心配し過ぎたりすぐに諦めないでください。（課題は，難しいことを求めていません。資料を振り返るなどして計算したり書ける内容です。）授業後は必ず課題を提出し，提出が遅れないようにしてください。

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