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初歩からの化学('18)

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主任講師
安池 智一 (放送大学准教授)
鈴木 啓介 (東京工業大学教授)
放送メディア
テレビ
放送時間(2018年度)
第1学期:(水曜)12時00分~12時45分

講義概要

人類史上のエポックを画す火や青銅器・鉄器の利用は、化学反応の利用にほかならない。人類が古くから用いてきた技術には物質変化に関連した化学技術と呼ぶのがふさわしいものが数多く存在し、現在でも我々は無意識に様々な化学現象に触れそして利用している。化学は我々がもっとも古くから親しんできた科学の一分野であり、そこに見られる物質の多様性は長らく人々を魅了してきた。一方で初学者には、その多様性に起因して物質に関する脈絡に欠けた雑多な知識の総体として映ることもしばしばである。本科目では、身の回りの様々な化学現象を紹介するとともに、多様性に打ち克って成立に至った現代化学の体系を学び、統一的に物質を捉えるために必要な物の見方の獲得を目指す。
※詳しくはシラバス

開設年度
2018年度
科目区分
コース科目(自然と環境コース(導入科目))
〔2009年度~2015年度〕共通科目(一般科目)
〔2008年度以前〕共通科目(一般科目)
科目コード
1760106
単位数
2単位
単位認定試験
試験日・時限
2018年度 第1学期:2018年8月1日(水曜)6時限(15時35分~16時25分)
単位認定試験
平均点
備考
「初歩からの化学('12)」の単位修得者は履修不可
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授業の目標

物質の成り立ちの基礎について理解する。多様な物質が生まれる普遍的な原理、多様な物質に共通する普遍的な性質の観点に立って物質世界の多様性を捉える物の見方の基礎を身につけることを目標とする。

履修上の留意点

本科目は「化学結合論-分子の構造と機能('17)」「化学反応論-分子の変化と機能('17)」「エントロピーからはじめる熱力学('16)」の序論にもなっている。今後これらの科目の受講を考えている方、もしくは以前これらを受講して難しいと感じた方にとくに受講をおすすめしたい。

シラバス

テーマ 内容 執筆担当講師名
(所属・職名)
放送担当講師名
(所属・職名)
1 化学の世界 化学の世界への導入として、化学に関連する身近な現象を紹介し、化学の成立過程を概観する。原子や分子の概念がいかに成立したかについて学び、現代的な物質認識の基礎を築く。

【キーワード】
身の回りの化学現象、近代化学の成立、混合物、純物質、単体、化合物、元素、原子分子概念の確立
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
2 原子の構造と周期表 原子は原子核とその正電荷に相当する数の電子からなる。原子内の電子が取りうる状態に関する規則を学び、この規則によって周期表が因って立つ基盤を理解する。このことを通じ、電子構造の理解が物質科学の基礎であることを学ぶ。

【キーワード】
原子の構成要素、同位体、原子軌道、マーデルング則、電子配置、閉殻電子構造、電気陰性度
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
3 化学結合はどのように生じるか 原子と原子が結合を作る原理について学ぶ。電子対の共有に基づく共有結合と電荷移動を伴うイオン結合の基本的な理解ののちに、分子軌道によるこれら2種類の結合の統一的な解釈について学ぶ。

【キーワード】
原子価、電子対、共有結合、イオン結合、分子軌道、結合の極性
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
4 炭素化合物とその多様性 有機化学の豊かな世界を支える炭素化合物が示す著しい多様性が、炭素原子の結合に関するいくつかの特徴に由来することを理解する。

【キーワード】
有機化合物、混成軌道、原子価、σ結合とπ結合
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
5 分子間力と高次構造の形成 分子の間に働く相互作用すなわち分子間力について学ぶ。分子間力は化学結合に比べて弱い相互作用でありながら、その存在は普遍的であり、分子が高次構造を作る上で重要な役割を果たすことを理解する。

【キーワード】
ファンデルワールス力、水素結合、配位結合、水の異常性、たんぱく質の構造
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
6 光と分子:分子構造と機能1 我々が目にする自然界の色の多くに分子が関わっている。植物が持つ色素を例に、分子の色が構造によって規定された電子の運動によって決まることを学ぶ。

【キーワード】
π共役系、カロテノイド、フラボノイド、合成染料
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
7 人と分子:分子構造と機能2 我々の生命活動は外界から取り込む様々な分子によって支えられている。毒や薬の作用、味や香りが小分子と生体分子との3次元空間における鍵と鍵穴の関係で決まることを学ぶ。

【キーワード】
構造異性体、立体異性体、鏡像異性体、ラセミ体、ジアステレオマー、受容体、構造活性相関
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
8 物質の三態:氷と水と水蒸気 物質は多様である一方で、物質それぞれによらない共通した側面を持つ。物質が一般に固体・液体・気体の三態を持つこと、そしてそれらの間の変化について学ぶ。気体の諸法則を学び、分子間力と融点・沸点との関係を理解する。

【キーワード】
物質の三態、状態方程式、理想気体、実在気体、融点、沸点
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
9 溶液とその性質 混ざるということは化学現象の基本である。溶液を中心とした様々な溶体について、それぞれの特徴を学び、混合現象を微視的に理解する。また、溶液には溶質分子の種類によらず分子数だけで決まる性質があり、その代表例として蒸気圧降下、沸点上昇および凝固点降下について学ぶ。

【キーワード】
溶体、溶媒、溶質、濃度、溶解、蒸気圧、沸点上昇、凝固点降下
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
10 化学反応と熱の出入り 物質はそれぞれに固有なエネルギーを持っており、化学反応に伴って熱の出入りがある。反応熱は始状態と終状態のみによって決まるため、少数の基本的な物質のエネルギーが分かっていれば様々な反応に対する反応熱の予測が可能であることを学ぶ。

【キーワード】
化学方程式、化学量論、熱力学第一法則、熱化学方程式、エンタルピー、ヘスの法則
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
11 化学変化の方向と速度 化学反応が起こるかどうかは、反応熱の正負ではなく温度に依存するギブズエネルギー変化によって決まること、反応の速度は反応物と生成物の間にある遷移状態のエネルギーによって決まることを学ぶ。

【キーワード】
温度、エントロピー、ギブズエネルギー、化学平衡、平衡定数、活性化エネルギー
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
12 酸塩基 多様な化学反応の一つの類型である酸塩基反応について学ぶ。水溶液中においては、酸と塩基の中和反応によって塩が生じる。身近な酸塩基反応を通じてイメージを養い、この反応を定量的に扱う基礎として、水溶液中における電離、pHおよびpKaの概念について学ぶ。

【キーワード】
酸とアルカリ、酸と塩基、アレニウスの酸・塩基、水の溶解度積、pH、pKa、酸性雨
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
13 酸化還元 多様な化学反応のもう一つの類型である酸化還元反応について学ぶ。燃焼や金属の製錬および電池といった多岐にわたる反応が、電子の授受を伴う酸化還元反応として統一的に記述されることを理解する。

【キーワード】
電子の授受、酸化数、標準電極電位、イオン化傾向
安池 智一
(放送大学准教授)
安池 智一
(放送大学准教授)
14 分子をつくる1:官能基に注目しよう 官能基は有機化合物の性質や反応性を特徴づける。酸化度の観点から様々な官能基を整理し、それらの相互変換について学ぶ。

【キーワード】
官能基、酸化度、酸化還元
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
15 分子をつくる2:基本骨格を構築する 有機化学反応を反応様式ごとに学び、またそれらの反応によってどのような分子変換が起こるかを理解する。

【キーワード】
置換反応、付加反応、脱離反応、エステル、アミド、C-C結合生成反応
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
鈴木 啓介
(東京工業大学教授)
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