物質循環化学特論

科目名
Course Title
授業コード 単位数 配当年次 開講期間
Term
科目分類 ナンバリング
コード
曜日
コマ
教室 担当教員氏名
Instructor
物質循環化学特論
Special Topics in Geochemical Cycle
Q122100001 2 1 前期授業 専門科目 HSENE6608-M1 月3 A5-302 竹中 規訓

オフィスアワー

月曜日16:15-17:45
Monday 16:15-17:45

授業目標

下記の内容について自分の考えを科学的に正しく認識できることを達成目標とする。
1.大気の浄化プロセスを化学的に理解し、説明できる。
2.水の特異性と環境中での役割を理解し説明できる。
3.環境中で起こる界面現象を化学的に理解し説明できる。
The goal of the lecture is to enable students to recognize their own ideas in a scientifically correct manner with regard to the following topics.
1. Understand and explain the clean-up process of the atmosphere
2. Understand and explain the specificity of water and its role in the environment.
3. Understand and explain the interfacial phenomena from the chemical view point

教科書

適宜資料を配付する。
Printed supporting materials will be served.

参考書

・Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change, J.H.Seinfeld & S.N. Pandis, Wiley, 2016.
・Recent Developments of Chemistry and Photochemistry in Ice, N. Takenaka, Transworld Research Network(2008).
・Consider A Spherical Cow: A Course in Environmental Problem Solving, John Harte, University Science Books, 1991.

授業時間外の学習(準備学習等について)

各講義の初めと終わりにスライドで示す講義のポイント内容について復習し、まとめておくこと。各講義の最後に示す、次週の講義内容について予習すること。特に背景となる化学については専門書で勉強しておくこと。

授業の概要

地球環境の中で物質の動態を理解する上で必要な大気圏、水圏にわたる化学種の分布、反応、および、その環境の特性を講義する。特に大気中の水の中で起こっている化学現象を、基本的な原理から理解できるように講義する。
以下の項目を講義する。
・大気を浄化するメカニズムについて化学反応、光化学反応を中心に講義する。
・酸性雨/霧の酸性度の計算を行い、酸性化のメカニズムについて講義する。
・気体と水の相互作用、水の中の化学反応を支配する因子について講義する。
・水滴の相変化の化学と環境中での役割
・水中の酸化還元反応
・環境問題の予測計算
This course covers the distribution and reactions of chemical species in the atmosphere and hydrosphere as well as the characteristics of these environments, which are necessary for understanding the dynamics of matter in the global environment. In particular, the lecture will help students to understand the chemical phenomena from the basic principles.
The following topics will be covered.
・Chemical reactions and photochemical reactions as mechanisms to clean up the atmosphere.
・Calculating acidity of acid rain and acid fog and explaining the mechanism of acidification.
・The interaction between gases and water, and the factors that control chemical reactions in water.
・Chemistry of phase change in water droplets and its role in the environment
・Redox reactions in water
・Predictive calculations for environmental problems

授業計画

第1回 講義スケジュールの説明、地球大気の特徴
Orientation for the lecture, characteristics of the earth
準備学習等
第2回 大気光化学反応1
Atmospheric photochemistry I
準備学習等 対流圏の化学の基礎を勉強しておくこと
To study basic chemistry in the troposphere
第3回 大気光化学反応2
Atmospheric photochemistry II
準備学習等 対流圏の化学の基礎を勉強しておくこと
To study basic chemistry in the troposphere
第4回 成層圏化学
Chemistry in the stratosphere
準備学習等 オゾン層の化学、電磁波を勉強しておくこと
To study chemistry in the stratosphere and electromagnetic waves
第5回 水の特異性
Structure and characteristics of water
準備学習等 水の特異性や、一般的な水の科学の勉強をしておくこと
To study characteristics of water and general science of water
第6回 水への気体の溶解、気液平衡
Dissolution of gases into water and gas phase and aqueous phase equilibrium
準備学習等 ヘンリー定数、溶解平衡について勉強しておくこと
To study Henry's law and dissolution equilibrium
第7回 大気中の水の形態、大気中の水滴中における反応
Water in the atmosphere and chemical reactions into water droplets in the atmosphere
準備学習等 水中における無機物質の化学反応の勉強をしておくこと
To study chemical reaction of inorganic compounds in water
第8回 酸性雨、霧、露の科学と採取法
Acid rain, fog and dew and those sampling methods
準備学習等 pH、酸塩基平衡の勉強をしておくこと
To study pH and acid base equilibrium
第9回 氷の物理・化学と凍結の化学Ⅰ
Physics and chemistry of ice and freezing reaction I
準備学習等 氷の一般的な特徴について調べておくこと
To study general science of ice
第10回 凍結の化学Ⅱ
Freezing reaction II
準備学習等 第9回の復習をしっかりしておくこと
To review contents in the 9th lesson.
第11回 南極の科学
Science in Antarctic
準備学習等 空の青さの理由、PM2.5について勉強しておくこと
To study the reason why sky is blue and what is PM2.5
第12回 水滴の乾燥の化学と環境中での役割
Chemistry of Drying droplets and its role in the environment
準備学習等 酸塩基平衡、ヘンリー定数について勉強しておくこと
To review acid base equilibrium and Henry's Law
第13回 環境化学における分離
Phase separation of aqueous solution – deposition, colloid, salting out
準備学習等 相分離、温度差・高度差・その他の分離について、予め調べておくこと
To study phase separation, separation due to differences in temperature, height of the atmosphere, etc.
第14回 現実に起こる複雑な現象を高度に単純化した科学的なモデルによる計算演習I
Solve the problem of highly simplified scientific models of complex real life phenomena I(Using a book of “Spherical Cow”)
準備学習等 現実に起こる複雑な現象を高度に単純化した科学的なモデルによる計算演習の課題を選択し、解答しておくこと。
To solve problems in the book of “Spherical Cow”.
第15回 現実に起こる複雑な現象を高度に単純化した科学的なモデルによる計算演習II
Solve the problem of highly simplified scientific models of complex real life phenomena II(Using a book of “Spherical Cow”)
準備学習等 現実に起こる複雑な現象を高度に単純化した科学的なモデルによる計算演習の課題を選択し、解答しておくこと。
To solve problems in the book of “Spherical Cow”.
第16回 期末試験
Final test
準備学習等 界面現象というキーワードを中心にこれまでの講義をよく復習して臨むこと
Review the previous lectures with a focus on the keywords of interface phenomena.

成績評価

授業目標(達成目標)の1〜3の達成度で成績評価を行う。単位を取得するためには、
・大気の浄化プロセスを化学的に理解し、説明できること。
・水の特異性と環境中での役割を理解し説明できること。
・環境中で起こる界面現象を化学的に理解し説明できること。
期末試験(80%)および現実に起こる複雑な現象を高度に単純化した科学的なモデルによる計算演習の課題解答(20%)により総合的に評価する。
Evaluation of grade will be based on the achievement of 1-3 of the objectives. In order to earn credits, students must be able to
To be able to understand and explain the purification process of the atmosphere chemically.
To be able to understand and explain the specificity of water and its role in the environment.
To be able to understand and explain the interfacial phenomena that occur in the environment chemically.
Students will be evaluated comprehensively based on the final examination (50%) and the answers to the problem of highly simplified scientific models of complex real life phenomena (50%).