| 英文名 | Physical Chemistry Ⅲ | |
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| 科目概要 | 物理学科 ３年 ３群科目 B選択 ２単位 前期 15 コマ 講義 週1コマ 化学科 ３年 ３群科目 A選択 ２単位 前期 15 コマ 講義 週1コマ 月3限 |
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| 科目責任者 | 石川 春樹 | |
| 担当者 | 石川 春樹 | |
| 備考 | 科目ナンバリング：SP301-Ch35 科目ナンバリング：SC301-CP37 |
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自然界の多様な物質の性質とその変化を理解する上で，熱力学的な性質は非常に重要である。物質を構成する分子1 個1 個を記述する量子化学と巨視的な熱力学的性質を結びつける統計熱力学の基礎を理解し，その基本原理に基づいた物質の性質（内部エネルギー，熱容量，エンタルピー，エントロピー，平衡定数など）を考察できるようにする。
まず簡単な確率や統計に基づいた統計力学の基本概念（エントロピーやボルツマン分布）を教える。次に，分子のエネルギーから得られる分配関数を使って系全体のエネルギーやエントロピーなどいわゆる熱力学関数が表されることを理解させる。さらに，量子化学から得られる分子個々の性質に基づいて化学分野のいろいろな問題，例えば物質の熱的性質や化学平衡を統計力学的に考察させる。
パワーポイントを用いた講義を中心とする。また，演習やレポートを通して内容の定着を図る。
| 回 | 項目 | 内容 | 担当者 | 日時 |
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| 1 | 統計化学熱力学の基本概念とボルツマン分布 | 統計力学の役割を説明した後，等確率の原理に基づき，実現可能な場合の数から確率を考え，統計的に熱力学状態が決定されることを学ぶ。さらに基本となるボルツマン分布を紹介する。 | 石川 春樹 |
4/13 |
| 2 | ボルツマン分布の導出 | 統計力学の基本となるボルツマン分布の導出を行う。 | 石川 春樹 |
4/20 |
| 3 | 分子分配関数の物理的意味および内部エネルギーとの関係 | 分子分配関数の物理的意味を理解し，内部エネルギーと分配関数の関係を考察する。 | 石川 春樹 |
4/27 |
| 4 | 統計力学エントロピー，分子分配関数の内訳 | 統計力学に基づいたエントロピーの概念を紹介し，熱力学的エントロピーと同じであることを確認する。さらに，分子分配関数を見積もる基礎として，その内訳を学ぶ。 | 石川 春樹 |
5/11 |
| 5 | 並進分配関数と回転分配関数 | 並進分配関数と回転分配関数の計算方法を学ぶ。 | 石川 春樹 |
5/18 |
| 6 | 対称数の導入と振動分配関数 | 分子回転を取り扱う際に重要な対称数の概念を導入するとともに核スピン統計重率に基づいた解釈を解説する。さらに振動に関する分子分配関数の計算方法を考察する。 | 石川 春樹 |
5/25 |
| 7 | 電子分配関数，統計力学に基づいた分子のエネルギー | 電子状態に関する分子分配関数の計算方法を考察する。さらに分子分配関数を用いて分子のエネルギーが計算できることを学ぶ。 | 石川 春樹 |
6/1 |
| 8 | 正準アンサンブルと内部エネルギー | 正準アンサンブルの概念を学び，正準分配関数と分子分配関数の関係を考察し，内部エネルギー，熱容量を正準分配関数から計算する方法について学ぶ。 | 石川 春樹 |
6/8 |
| 9 | 並進および回転エントロピー | 並進および回転エントロピーを正準分配関数から計算する方法について学ぶ。 | 石川 春樹 |
6/15 |
| 10 | まとめと復習（１） | これまでの内容の確認と復習を行うために，中間レポートに取り組む。 | 石川 春樹 |
6/22 |
| 11 | 振動および電子エントロピー，残余エントロピー | 振動および電子エントロピーを正準分配関数から計算する方法を学ぶとともに，残余エントロピーについて考察する。 | 石川 春樹 |
6/29 |
| 12 | 熱力学関数 | 種々の熱力学関数を統計力学的に導出する。 | 石川 春樹 |
7/6 |
| 13 | 平衡定数（１） | 統計力学的なギブズエネルギーの計算を確認し，化学平衡に対する平衡定数の取り扱いを学ぶ。 | 石川 春樹 |
7/13 |
| 14 | 平衡定数（２） | いくつかの例を取りあげて平衡定数を統計力学的に評価する。 | 石川 春樹 |
7/20 |
| 15 | まとめと復習（２） | 全体の確認と復習を行う。 | 石川 春樹 |
統計化学熱力学の基礎を理解し，種々の熱力学関数や平衡定数を統計力学的に求めることができる。
毎回の課題提出による積極的な受講態度の評価（10%），中間レポート（30%）及び期末試験（60%）により総合的に評価する。
【授業時間外に必要な学習時間：毎回の予習1 時間，復習3 時間，合計60 時間】
配布プリントおよび教科書にしたがって予習をしておくこと。
学習内容の理解を深めるために講義ごとにレポート課題を出すので，必ず次週までに解いてくること。
また，１年次の化学熱力学の復習と対数や指数関数の微分の復習をしておくこと。
（なし）
物理化学概論，物理化学I,II，量子化学I,II
レポート課題については，採点し返却するとともに，解答例を提示する。
講義中に演習を行うので，関数電卓を持参すること。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
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| 教科書 | アトキンス 物理化学 第10 版（下） | Peter Atkins, Julio de Paula 中野元裕，上田貴洋， 奥村光隆，北河康隆 訳 |
東京化学同人 |
| 参考書 | 統計力学入門 化学の視点から | 田中 一義 | 化学同人 |
| 参考書 | 統計熱力学入門 | N.O.Smith | 東京化学同人 |