- 開講元
- 地球惑星科学系
- 授業形態
- 講義 / 演習
- メディア利用科目
- 曜日・時限(講義室)
- 火7-8(I123) 金7-8(I123)
- クラス
- -
- 科目コード
- EPS.B202
- 単位数
- 2
- 開講年度
- 2021年度
- 開講クォーター
- 1Q
- シラバス更新日
- 2021年3月19日
- 講義資料更新日
- -
- 使用言語
- 日本語
- アクセスランキング
-
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講義の概要とねらい
地球は複雑な多成分系であるが、個々のパーツは極めて基本的な物理法則・化学法則の積み重ねにより構築されてきた。例えば岩石や鉱物の形成は熱力学に支配されており、温度・圧力・化学組成の関数として記述可能である。本講義は基礎編と応用編から成り、前半（第1回～第7回）では、では熱力学の基礎および自由エネルギーなどについて講義する。後半（第8回～第15回）では個別の地球惑星科学的テーマを念頭に，熱力学の応用の実際を学ぶ。
到達目標
地球惑星科学を学ぶ上で必要となる熱力学についてその岩石学・鉱物学または地球化学への応用を目標に講義する。基礎編では熱力学の基礎および自由エネルギーなどについて講義する。種々の熱力学関数を正しく理解し、それらを用いた演習問題が解答できるようにすることを目標とする。応用編では個別の地球惑星科学的テーマを取り上げて，熱力学の応用の実際を学ぶ。対象の自然現象を多成分系問題として設定し，水溶液の化学・岩石の化学等、実用に則した熱力学の活用法を身につける。
キーワード
自由エネルギー、状態方程式、相律、水溶液、固溶体、鉱物共生
学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)
| ✔ 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 | イントロダクション | 講義の概要を知り，熱力学で何が出来るか理解する |
| 第2回 | 熱力学の基礎 | 熱力学の基礎について確認する |
| 第3回 | 自由エネルギー（１） | 自由エネルギーの概念を理解する |
| 第4回 | 自由エネルギー（２） | Gibbs エネルギーの温度・圧力依存性を理解する |
| 第5回 | 多成分系の相平衡（１）：系の設定，相律 | マントルの状態図を例に，多成分系の扱いを理解する |
| 第6回 | 多成分系の相平衡（２）：反応式の導出 | 反応式を体系的に導出する方法を理解する |
| 第7回 | 基礎編演習 | これまでの学習に関する演習問題を解く |
| 第8回 | 流体を含む相平衡：気体の状態方程式 | 流体を含む系の相平衡について理解する。気体の状態方程式について理解する |
| 第9回 | 平衡計算の方法と応用編演習１ | 平衡条件の計算法を理解する |
| 第10回 | 固溶体の熱力学と地質温度圧力計 | 固溶体とその熱力学的性質を理解し，地質温度圧力計に応用する |
| 第11回 | 水溶液の熱力学（１） | 水溶液の熱力学的扱いを理解する |
| 第12回 | 水溶液の熱力学（２）と応用編演習２ | 水溶液の相平衡に関するいくつかの例を紹介する |
| 第13回 | 熱力学定数の見積りと熱力学データセット | 熱力学定数を見積る方法と熱力学データセットの読み方を理解する |
| 第14回 | Gibbsエネルギー最小化法と応用編演習３ | Gibbs エネルギー最小化の原理とその計算方法を理解する。やや複雑な系の相平衡計算を行う |
授業時間外学修（予習・復習等）
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
内田 悦生 著 『岩石・鉱物のための熱力学』 共立出版
松尾 禎士 著 『地球化学』 講談社
成績評価の基準及び方法
水・岩石・鉱物に関わる熱力学についての理解度を評価する。演習課題で成績を評価する。
関連する科目
- EPS.B211 ： 無機化学（地惑）
- EPS.A201 ： 地球惑星物質学序論
- CHM.B334 ： 地球化学
- EPS.A331 ： 地球物質学
履修の条件(知識・技能・履修済科目等)
履修の条件を設けない
