化学熱力学

Chemical Thermodynamics

専門教育科目

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工学部

3年

HETBO3MCA1

2.00単位

講義 (Lecture)

2025年度前期

山本 宏明

工学研究科

日本語

目標7／目標9／目標13

火曜10:30-12:00・書写C503研究室

hyama@eng.u-hyogo.ac.jp

5◎／1〇／2〇

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目標１:磨き続ける力

[講義目的]
　化学熱力学は，鉄・非鉄金属造業，および材料製造業などと深い係わりがある．化学熱力学の素養に基づき，天然資源の分離・精製，リサイクルなどについて，無駄なく，安価に，環境に配慮した方法を講述する．この過程で，化学熱力学の関係式を平衡図に視覚化する能力を養うことを最大の達成目標とする．すなわち，熱力学諸量に基づき，様々な温度において，金属と酸化物などが平衡する酸素分圧などを図示し，金属の酸化・還元条件を視覚的に理解する能力を養う．これら知識・能力を養うことで，既存の操業条件を理解し，新製錬・リサイクルプロセスのアイデアを思い描けるようになる基礎を築くことも目的とする．

[到達目標]
　実操業を理解する上で重要となる化学熱力学，特に，活量と化学ポテンシャルおよびそれらの標準状態を説明できるようになること，熱力学データに基づき化学平衡図を作図できるようになること，化学平衡図に基づき材料製造プロセスを説明・設計できるようになること，理論と実操業の接点を説明できるようになること，脱炭素社会における熱力学の役割を説明できるようになること．

サブタイトル：精密な測定と理論解析を通して化学反応を解明する学問
キーワード：化学平衡図に基づく最適製造プロセス設計，二酸化炭素排出削減，標準状態，活量，化学ポテンシャル，平衡定数，エリンガム図

[講義内容]
　前半は，実操業を理解する上で重要となる化学熱力学，特に，活量と化学ポテンシャルおよびそれらの標準状態，化学平衡や平衡定数について説明し，エリンガム図を取り上げ，化学平衡図の利用について講義する．後半は，鉄製錬を取り上げ，熱力学の理論と実操業技術・条件との接点を考察する講義を行う．また，鉄製錬のカーボンニュートラルに向けた取り組みを説明し，今後必要となるであろう環境に配慮したプロセス設計や材料設計ができる素養を養うことを目的とする．

[授業計画]
1. ガイダンス 本講義の目標や概要
2. 標準状態と標準反応ギブズエネルギー
3. 化学ポテンシャル
4. 活量（ラウールの標準状態の活量とHenryの標準状態の活量）
5. 化学平衡と平衡定数
6. 化学定数の温度・圧力依存性
7. 化学平衡図-エリンガム図-
8. 中間試験と前半のまとめ
9. 金属製錬における化学熱力学-鉄製錬の概要-
10. Fe−O−C系の平衡-鉄製錬の化学熱力学的考察-
11. スラグの構造と反応性
12. 溶鉄中の活量の活量−相互作用母係数と相互作用助係数−
13. カーボンニュートラルに向けた鉄製錬における取り組み
14. 溶体の熱力学諸量-溶体の数学モデル-
15. 溶体の熱力学諸量と後半のまとめ

※中間試験と期末試験を実施する
※パソコンの利用：講義資料の閲覧に使用しても可
※生成系AIの利用については教員の指示に従うこと．生成系AIによる出力結果をそのまま課題レポートとして提出してはいけない．生成系AIによる出力をそのまま提出したことが判明した場合は単位を認定しない，又は認定を取り消すことがある

各回の講義内容で使用するスライドを講義資料としてユニバーサルパスポートのクラスプロファイル機能を使ってダウンロードできるようにする

化学熱力学　香山滉一郎　アグネ技術センター（図書館にあり）
物理化学（上），アトキンス著（千原ほか訳），東京化学同人（物理化学で使用したもの）

【予習】授業に際して使用する配布テキスト・参考書・配布プリントを事前読み込み（15ｈ）
【復習】レポート作成（計30h），講義内容の理解を深めるため，該当部分のテキスト・配布講義資料を読み直し（15 h）

採用しない

【成績評価の基準】
　化学熱力学に関する理解を深め，化学平衡図について説明でき，これらを用いて鉄製錬における熱力学的理論と実操業技術・条件との接点を説明できる能力を養った者に単位を授与する．講義目的・到達度目標に記載する能力（知識・技能，思考力，判断力，表現力等）の到達度に応じてS（90点以上），A（80点以上），B（70点以上），C（60点以上）の成績を与える．

【成績評価の方法】
　課題・レポート20%，中間試験40%（8回目の講義時に実施），定期試験40%（試験期間内に実施）を基準として，受講態度（積極的な質問等）を含めて総合的に評価する．

レポート課題・中間試験は、原則次回の講義内で解説・コメントする．定期試験は，模範解答をユニバーサルパスポートのクラスプロファイル機能を使って示す．

・物理化学Ⅰおよび物理化学Ⅱで修得した内容に基づき本講義を実施する．
・講義内容・授業計画に記載したテキスト等の該当箇所などについて，十分な予習・復習をして講義に出席すること．
・特に授業中に指示した課題については内容を十分に理解すること．
・授業欠席の際，病院の領収書でよいので後日提出すること．

該当しない