機能材料科学

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
機能材料科学
Functional Materials Engineering
B202200001 2 3 後期授業 専門科目 BCMAE3824-J1 金2 B5-1B34 牧浦 理恵
井上 博之

オフィスアワー

【対面・オンライン(リアルタイム)による質問受付】
・対面またはオンライン(リアルタイム)での質問・相談を受け付けます。
・場所や時間等の詳細については授業支援システムを通じて連絡します。

【電子メールによる質問受付】
・授業内容に関する電子メールでの質問は随時受け付けます。
第1回~6回に関して:井上博之(hiro@mtr.osakafu-u.ac.jp)
第7回~16回に関して:牧浦理恵(r-makiura@mtr.osakafu-u.ac.jp)

授業目標

【目的】
(第1回~6回)
材料の無機化学・物理化学において広く用いられる化学反応である酸化還元反応の熱力学的基礎を学ぶ。電位と反応の進行方向および安定状態との関係を理解する。
(第7回~16回)
材料を、構成単位、結合様式などで分類分けし、主に分子を構成要素とする分子性固体、金属錯体に関して、対称性、極性、電子構造(結晶場理論、配位子場理論)とそれらの特徴から導かれる化学的・物理的性質を理解する。また、化学的・物理的性質を調べるための測定手法の種類とその原理を理解する。

【目標】
(第1回~6回)
1.熱力学データに基づき標準状態ならびに任意組成の混合物中での酸化還元反応の進行方向ならびに安定相、平衡組成を推定できる。
(第7回~16回)
2. 材料を、構成単位、結合様式などで分類分けし、化学的・物理的特徴の違いを説明できる。
3. 対称性の観点から分子を分類分けし、極性などの対称性に由来する分子の特徴を説明できる
4. 配位化合物(d金属錯体)に関して、構造(配位様式)の特徴や磁性、発光特性を、電子構造(結晶場理論、配位子場理論)から説明できる。

教科書

シュライバー・アトキンス無機化学<上> <下>(第6版)
M.Weller, T. Overton, J.Rourke, F.Armstrong 著,
田中勝久, 髙橋雅英, 安部武志, 平尾一之, 北川進訳
ISBN
<上>978-4807908981
<下>978-4807908998

参考書

1) シュライバー・アトキンス無機化学<上> <下>(第4版)
2)Inorganic Chemistry Sixth Edition (Oxford University Press) Weller, Overton, Rourke, Armstrong
3)コットン・ウィルキンソン・ガウス基礎無機化学(原書第3版)中原勝儼【訳】
4)無機化学-その現代的アプローチ第2版- 平尾一之、田中勝久、中平敦
5)物理学辞典、培風館
6) ウエスト固体化学 基礎と応用(講談社)
7)アトキンス 物理化学要論 (第7版)
P. Atkins,J. Paula著 / 千原 秀昭, 稲葉 章, 鈴木 晴 訳
ISBN: 978-4807909773

関連科目

「無機化学序論」
「マテリアル工学基礎演習」
「材料化学I」
「材料化学II」

授業時間外の学習(準備学習等について)

・授業の内容をよく復習する
・教科書を基本に、翌週の内容を予習し、授業に備える
・授業で取り扱った内容に関して、教科書の例題、問題、練習問題を解く
・授業で取り扱う専門用語に関して、物理学辞典等でその意味の理解を深める

授業の概要

機能材料を学ぶ上で、無機化学の知識は必須である。無機化学は周期表のすべての元素の性質を扱い、元素とその化合物の反応性、構造、性質における傾向を知れば、材料の機能を理解する上での基礎が築かれる。
そこで、本講義では、無機化学の教科書を用いて、授業の前半では、固体材料の分類、分子の対称性、配位化合物、d金属錯体の電子構造、基本的な測定手法の原理を学ぶ。後半では、酸化還元について学ぶ。

授業計画

第1回 ・授業ガイダンス(前半)
・還元電位(Ⅰ):酸化還元半反応、標準電位と自発性
準備学習等
第2回 ・還元電位(Ⅱ): 電気化学列,ネルンスト式 準備学習等
第3回 ・酸化還元安定性(Ⅰ): pHの影響、水との反応、不均化反応と均等化反応
・酸化還元安定性(Ⅱ): 錯形成による電位の変化、溶解度積と標準電池電位
準備学習等
第4回 ・電位データを図で示す方法:ラチマー図,フロスト図、プールベ図
・単体の抽出:化学的還元、化学的酸化、電気化学的抽出
準備学習等
第5回 ・前半部分のポイントとおさらい 準備学習等
第6回 中間テスト 準備学習等
第7回 ・授業ガイダンス(後半)
・構成単位・結合様式に基づく材料の分類と化学的・物理的特性の比較
・分子の対称性
準備学習等
第8回 ・分子の極性
・分子間相互作用
・溶解と溶媒和
準備学習等
第9回 ・配位化合物の構造と立体配置 準備学習等
第10回 ・配位化合物の異性化とキラリティー
・錯体形成の熱力学
準備学習等
第11回 ・d金属錯体の電子構造:結晶場理論1 準備学習等
第12回 ・d金属錯体の電子構造:結晶場理論2 準備学習等
第13回 ・d金属錯体の電子構造と物性:配位子場理論 準備学習等
第14回 ・d金属錯体の電子構造と物性:ルミネッセンス・磁性 準備学習等
第15回 ・後半部分のポイントのおさらい 準備学習等
第16回 期末試験 準備学習等

成績評価

・授業目標に記載の達成目標に対しての達成度を評価する
・中間試験(25%)、期末試験(50%)、小テスト・課題(25%)として最終成績評価を行う
・合格(C以上)のためには、中間試験(25%)、期末試験(50%)、小テスト・課題(25%)とした100点満点のうち、60点以上が必要である

備考(実務経験の活用を含む)

・「無機化学序論」、「マテリアル工学基礎演習」、「材料化学I」、「材料化学II」を受講することが望ましい

・本授業の内容は、授業担当者の実務経験を活用したものである