Lecture Material

　この世の全ての“もの”は、分子から成り立っています。また日常的な“物質の変化”は、分子の化学反応によって起こり、日常的な“物質の運動”も、分子集団の多様な動きによって生じます。極言すれば、この世の全ての“こと”も、分子から成り立ったっている“もの”が引き起こす“こと”なのです。こんな観点から、この世の中を見直す基礎として、この「化学基礎Ⅱ」では、化学の基礎的な理屈や考え方を織り交ぜながら、この世の中を、時間軸と空間軸を、大きく移動しながら、原子の成り立ちから始めて、生命の物質的仕組みにわたって、“この世”を考えます。

プロローグ　”はじめに”の前に

　「化学」は、物質の性質や変化を取り扱う学問です。その内容には、性質の説明や変化の法則を理解するための「基礎的側面」と、性質の分類と変化の表現を展開する「応用的側面」とがあります。本講義では、特に基礎的側面を取り扱います。最近の「高校化学」の参考書においても、「化学」を「理論」、「有機」、「無機」という３つの専門分野に分けて、全体を分類しているものがありますが、「大学化学」の特徴として、「高校化学」と比べると、かなり理論的であることが挙げられます。つまり、「高校化学」、中でも有機と無機分野では、暗記の側面が強かったと思いますが、「大学化学」では、より理屈や考え方に重点を置いて説明しようとします。例えば、「高校化学」では、Ｋ殻の電子は２個でＬ殻の電子は８個と、２×（ｎの２乗）と単に暗記したのではないでしょうか？「大学化学」では、その理屈である“量子化学”を学びます。「炭素の手は４つある」と覚えていましたが、その理屈は“原子軌道”や“分子軌道”を学習して学びます。

　本講義では、高校理科（とくに化学と物理）で使用されている用語はできるだけそのまま使用し、仕方なく改める場合と新しく使用する場合には、その用語が初めて出てきた際に分かるように“緑色文字”にしました。章立てや単元名等は、数研出版の理科のチャート式(R)新シリーズを基本に，部分的に同社の「改訂版高等学校化学Ⅰ」と「同Ⅱ」を参考にして構成しました。これらは“黒色文字”で表しています。大学化学を理解するために必要な高校物理の学習項目は、適宜、最適な箇所で補習します。それらの場所は、目次中［　］付の“橙色文字”で記してあります。その際の単元名等は、数研出版チャート式(R)シリーズ「新物理Ⅰ」と「同Ⅱ」を参考にしました。新たに追加された単元名等は“青色文字”で記しました．

第０章　はじめに （

242 kB）

第１編　物質の構成と構成粒子［→高校化学Ⅰ］ （

309kB） 第１章　物質の構成
§１－１　物質とその成分
§§　物質探求の歴史
§§　物質の表わし方と元素記号
§１－２　純物質と混合物
§§　単体と化合物・混合物
§§　混合物の分離

第２章　物質の構成粒子
§２－１　物質に関する基本法則
§§　原子はどのようにして考えられてきたか
§§　分子と分子説
§２－２　原子と電子配置
§§　原子の構造
§§　質量数，同位体
§§　電子配置

［補習１］ 第１編　運動とエネルギー（１）　［→高校物理Ⅰ］ 第１章　仕事と力学的エネルギー （ Part1

522 kB）
§１－１　仕事
§１－２　運動エネルギー
§１－３　位置エネルギー
§１－４　力学的エネルギーの保存則
第２編　波　［→高校物理Ⅰ］ 第２章　仕事と力学的エネルギー
§２－１　波のしくみと種類
§２－２　重ね合わせの原理と波の干渉
§２－３　波の反射・屈折・回折
§２－４　ドップラー効果
第３編　原子と原子核　［→高校物理Ⅱ］ 第３章　仕事と力学的エネルギー
§３－１　電子
§３－２　光の粒子性
§３－３　Ｘ線とその粒子性
§３－４　粒子の波動性
§３－５　原子の構造とエネルギー準位
§３－６　シュレディンガー方程式　―粒子性と波動性を取り入れた方程式 （ Part2

1,808 kB）
§３－７　水素原子中の電子の有り様
●直交座標から極座標へ［→高校数学「数Ⅲ＋Ｃ」］
●電子の軌道と分子の形（cf. チャート式「新化学」)
§３－８　固体の性質と電子

［／補習１］

§２－３　イオン
§§　イオン
§§　イオンからなる物質
§§　元素の周期律
§２－４　分子と原子からなる物質
§§　分子
§§　原子からなる物質

第３章　粒子の相対質量と物質量
§３－１　相対質量と物質量
§§　原子の相対質量
§§　物質量
§§　溶液の濃度
§３－２　化学反応式と物質量
§§　化学反応式
§§　化学反応式の作り方
§§　化学反応式が表わす意味

第２編　粒子の結合と結晶［→高校化学Ⅱ］ 第４章　粒子の結合（ Part1

792 kB）
§４－１　元素の性質
§§　元素の性質と化学結合
§４－２　イオン結合
§§　イオン結合とイオンからなる物質
§４－３　共有結合
§§　共有結合と分子
§§　結合エネルギー
§§　配位結合（Part2

837 kB）
§４－４　金属結合
§§　金属結合
§４－５　分子間に働く力
§§　分子間力
§§　極性
§§　水素結合

第５章　結晶と物質の性質 （

155 kB）
§５－１　金属の結晶
§§　金属の結晶格子の種類
§５－２　イオン結晶
§§　イオン結晶の構造
§５－３　分子結晶と共有結合
§§　分子結晶
§§　共有結合の結晶
§５－４　結晶の種類と性質
§§　結晶の種類と性質

第３編　物質の状態［→高校化学Ⅱ］ 第６章　物質の三態 （

622 kB）
§６－１　粒子の熱運動と三態の変化
§§　拡散と粒子の熱運動
§§　三態の変化
§§　物質の融点・沸点と分子間力

第７章　気体 （

829 kB）
§７－１　気体の体積
§§　ボイルの法則とシャルルの法則
§７－２　気体の法則　－気体の状態方程式と気体分子の運動－
§§　気体の状態方程式
§§　混合気体と圧力
§§　実在気体と理想気体
§§　気体の圧力（気体の分子運動論）
§§　分子の運動エネルギーと絶対温度

［補習２］第４編　運動とエネルギー（２）　［→高校物理Ⅰ］ 第４章　いろいろなエネルギー　（

ここはない！） ＝＝＞　「本編　第９章」へミックス
§４－１　熱と温度
§４－２　熱と仕事
§§　仕事による熱の発生
§§　ボイル・シャルルの法則
§§　内部エネルギー
§§　熱力学第一法則と気体の状態変化
§４－３　電気とエネルギー
§４－４　エネルギーの保存と変換
§§　エネルギーの変換と保存
§§　熱現象における不可逆変化
§§　熱機関の効率
第５編　熱と物質　［→高校物理Ⅱ］ 第５章　熱と物質の状態 （

ここはない！） ＝＝＞　「本編　第６章，第７章」へミックス
§５－１　物質の状態
§§　物質の三態
§§　熱膨張
§５－２　気体の法則と気体分子の運動
§§　ボイル・シャルルの法則
§§　理想気体の状態方程式
§§　気体の圧力（気体の分子運動論）
§§　分子の運動エネルギーと絶対温度
§５－３　気体の内部エネルギーと比熱
§§　気体の内部エネルギー
§§　エネルギーの保存
§§　気体のモル比熱
§§　等温変化と断熱変化
§§　熱現象における不可逆変化

［／補習２］

第８章　溶液 （

ここはない！）
§８－１　溶解のしくみと溶解度
§§　固体や液体が水に溶けるしくみ
§§　水への溶解と電離
§§　溶液の濃度
§§　固体の溶解度
§§　気体の溶解度
§８－２　希薄溶液の性質
§§　イオン結晶の構造
§§　希薄溶液の凝固点
§§　浸透圧
§８－３　コロイド溶液
§§　コロイド
§§　コロイド溶液の性質
§§　親水コロイドと疎水コロイド

第４編　物質の変化［→高校化学Ⅰ］ 第９章　いろいろなエネルギーから熱化学方程式へ　･･･化学熱力学 （

351 kB）
§９－１　状態の変化
§９－２　熱と温度
§９－３　熱と仕事
§§　仕事による熱の発生
§§　内部エネルギー
§§　熱力学第一法則と気体の状態変化
§９－４　化学反応と熱化学方程式
§§　化学反応
§§　反応熱の種類
§９－５　熱の出入りとヘスの法則
§§　ヘスの法則
§９－６　自由エネルギー　･･･広い意味でのエネルギーの考え方
§§　熱現象における不可逆変化
§§　熱力学第二法則とエントロピー
§§　自由エネルギー

第１０章　酸と塩基の反応 （

560 kB）
§１０－１　酸と塩基
§§　酸・塩基
§§　水の電離と水溶液のｐＨ
§１０－２　中和反応
§§　酸・塩基の中和の量的関係
§§　中和滴定
§§　塩
§§　塩の加水分解
§§　弱塩・弱塩基の遊離

第１１章　酸化還元反応と電池・電気分解 （

ここはない！）
§１１－１　酸化・還元と電子の授受
§§　酸化・還元の定義
§§　酸化・還元と酸化数
§１０－２　酸化剤と還元剤
§§　酸化剤・還元剤とそのはたらき
§１０－３　イオン化傾向
§§　金属のイオン化傾向
§§　イオン化傾向と金属の化学的性質
§１０－４　電池
§§　電池の原理
§§　ダニエル電池と乾電池
§§　鉛蓄電池
§§　燃料電池
§１０－５　電気分解
§§　電気分解のしくみ
§§　電気分解と電気量

第５編　化学反応［→高校化学Ⅱ］ 第１２章　反応の速さと反応のしくみ （

381 kB）
§１２－１　化学反応の速さ
§§　化学反応の速さ
§§　化学反応速度式と反応速度定数
§§　反応の速さを変える条件
§１２－２　化学反応の進み方
§§　活性化状態
§§　活性化エネルギーと触媒
§１２－３　＊＊＊＊＊
§§　＊＊＊＊＊
§§　＊＊＊＊＊
§§　＊＊＊＊＊

第１３章　化学平衡 （

120 kB）
§１３－１　化学平衡とその移動
§§　化学平衡
§§　平衡状態の変化
§１３－２　散逸構造　･･･　”化学平衡”の先にあるもの
§§　化学振動とリズム
§§　自己触媒反応
§§　反応拡散系とパターン形成　‐濃度変化に対する物質拡散の考慮‐

第１４章　酸・塩基・塩と化学平衡 （

ここはない！）
§１４－１　電離定数
§§　弱酸・弱塩基の電離平衡と電離度
§１４－２　水のイオン積とｐＨ
§§　水のイオン積
§§　ｐＨ
§１４－３　塩と化学平衡
§§　塩の水溶液の性質
§§　緩衝液
§§　弱酸・弱塩基の遊離
§§　難溶性塩の電離平衡

第１５章　おわりに

＜参考書＞
・Ｐ．Ｗ．アトキンス著『物理化学(上)・(下)』（東京化学同人）
・マッカーリ・サイモン原著『物理化学―分子論的アプローチ』（上・下）（東京化学同人）
・野村祐次郎他著『改訂版高等学校化学Ⅰ・Ⅱ』（数研出版）
・野村祐次郎他著『新課程チャート式シリーズ新化学Ⅰ・Ⅱ』（数研出版）
・数研出版編『改訂版フォトサイエンス化学図録』（数研出版）
・國友正和他著『改訂版高等学校物理Ⅰ・Ⅱ』（数研出版）
・都築嘉弘著『新課程チャート式シリーズ新物理Ⅰ・Ⅱ』（数研出版）
・藤谷正一、木野邑恭三、石原武司著『絵とき化学結合の見方･考え方』（オーム社）
・平山令明著『実線量子化学入門』（講談社）
・神部武志、佐々木直幸、内藤正美、渕上信子著『コンピュータ物理の世界』（講談社）
・竹内淳著『高校数学でわかるボルツマンの原理』（講談社）
・長岡正隆編著『すぐできる分子シミュレーションビギナーズマニュアル』（講談社）
・Ａ.スコット著、野中浩一訳『生命のメカニズムがわかる本』（ＨＢＪ出版局）