2025年度 (最新) 学院等開講科目理学院地球惑星科学系

地球化学A

開講元: 地球惑星科学系
担当教員: 横山哲也 / 上木賢太
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火7-8 (石川台2号館 Ishikawadai Bldg. 2　318) / 金7-8 (石川台2号館 Ishikawadai Bldg. 2　318)
クラス: -
科目コード: EPS.B202
単位数: 200
開講時期: 2025年度
開講クォーター: 1Q
シラバス更新日: 2025年3月19日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

地球化学は、太陽-惑星系の形成と進化、地球内部に存在する物質の構造とその進化、さらには大気圏・水圏を含む地球表層や生命の誕生と進化などを「化学」を用いて探求する学問分野である。本講義の前半（第1回～第7回）では、物質の最小単位である原子の構造と性質を紹介し、それぞれの元素が持つ異なる性質が生み出した地球惑星物質の多様性について解説する。後半（第8回～第14回）では、地球惑星物質の形成を支配する重要な物理化学法則である熱力学に着目し、その基礎概念や自由エネルギーなどについて講義する。このように、本講義は地球惑星物質に対し、ミクロな視点（原子）とマクロな視点（熱力学）の双方からアプローチすることをねらいとしている。

到達目標

地球惑星科学を学ぶ上で必要となる地球化学の基礎知識を習得することを目指す。前半では、全ての物質を構成する最小単位である原子の構造とそれに起因する元素の性質を学び、様々な地球惑星物質における元素存在度を理解することを目標とする。後半では、熱力学を支配する第一法則・第二法則、種々の熱力学関数、ならびに自由エネルギーや相平衡を正しく理解することを目標とする。

キーワード

原子、分子、元素の性質、元素存在度、状態方程式、熱力学第一法則、第二法則、自由エネルギー、相平衡

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

各回の授業内容をよく読み、配付資料や参考書を用いて予習・復習を行うこと。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	原子の構造	元素と原子、原子の質量などを理解する
第2回	光の粒子性と波動性	黒体放射、光電効果などを理解する
第3回	波動方程式	水素型原子の波動関数を導く
第4回	原子オービタル・多電子原子の電子配置と周期表	原子の電子構造と周期表の原理を理解する
第5回	原子半径とイオン化エネルギー	電子配置が原子のサイズに与える影響を理解する
第6回	分子の構造と混成軌道	原子価結合法と分子軌道法、σ結合、π結合、sp3, sp2, sp混成軌道などを理解する
第7回	結晶	ブラベ格子を理解する
第8回	熱力学導入	熱力学を学ぶ意義と、熱力学の基礎概念を理解する
第9回	熱力学的平衡と状態量	熱力学における平衡や示量変数と示強変数の概念および、状態量と状態方程式について理解する
第10回	熱と仕事1: 熱力学第一法則	熱と仕事の関係を理解すると共に、熱力学第一法則を理解する
第11回	熱と仕事2: 熱力学第二法則	熱力学第二法則と熱機関について理解する
第12回	エントロピー	エントロピーについて理解する
第13回	自由エネルギー	ギブズおよびヘルムホルツ自由エネルギーを理解すると共に、それらとエントロピーの関係を理解する
第14回	自由エネルギーと相平衡	自由エネルギーと系の平衡の関係を理解すると共に、相平衡について理解する

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

講義中にT2SCHOLA経由で資料を配付する

参考書、講義資料等

P.W. Atkins 著『アトキンス物理化学（上）』（第8版）東京化学同人
F.A. Cotton, G. Wilkinson, P.L. Gaus 著『コットン・ウィルキンソン・ガウス　基礎無機化学』　培風館　
吉田英生著『熱力学』　共立出版
三宅哲著『熱力学』　裳華房
H.B. キャレン著『熱力学および統計物理入門上』　吉岡書店

成績評価の方法及び基準

地球惑星科学を学ぶ上で必要となる地球化学（原子、元素、熱力学など）の知識を評価する。期末試験（100％）で成績を評価する。

履修の条件・注意事項

内容が重複するため、EPS.B202　熱力学（地惑）およびEPS.B211　無機化学（地惑）を2023年度以前に履修済みの者は、本科目を履修できない。