Metallurgy Group, Dept. of Metallurgy and Ceramics Science, Tokyo Institute of Technology
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化学系基礎専門科目一覧

科目名 推奨学期
金属の状態図 4
化学反応の速度 4
表面物理化学 5
高温反応の熱力学 (Thermodynamics of Chemical Reactions at High Temperature) 5
移動速度論 6
材料精錬プロセス第一 6
材料精錬プロセス第二 6

化学系基礎専門科目シラバス

金属の状態図 ()
三島良直　教授，細田秀樹准教授
推奨学期 3 単位数 2-0-0
講義のねらい 材料の設計図でもある状態図を読めるようになり、また，相律や組成－自由エネルギー曲線など状態図の物理的背景を理解し、さらに組織との関係について理解することをねらいとする。
講義計画
  1. オリエンテーション
  2. 状態図の読み方１(水の状態図など)
  3. 状態図の読み方２(一次固溶体，てこの法則など)
  4. 状態図の読み方３(全率固溶，共晶，共析など)
  5. 状態図の読み方４(析出，組織との関係など)
  6. 状態図のでき方１(自由エネルギーとの関係)
  7. 状態図のでき方２(平衡条件，化学ポテンシャルなど)
  8. 状態図のでき方３(相律など)
  9. 状態図のでき方４(３元状態図，擬二元系状態図など)
  10. 様々な状態図 (その他の相変態)
  11. 状態図の具体例１(Fe-C系状態図と組織)
  12. 状態図の具体例２(その他実用合金の状態図と組織)
  13. 演習まとめ，テスト
成績評価 講義中に行う演習、期末試験などによる。
テキストなど テキスト:なし，参考書:コットレルの金属学(上)
履修の条件
担当教員から一言 講義中に演習を行っており、全て出席すれば必ず状態図が読めるようになる。 金属工学では状態図を読めることは必須であるので、是非履修して欲しい。

化学反応の速度 ()
水流　徹　教授　大岡山　南8号館404室（03-5734-3143）
推奨学期 4 単位数 2-0-0
講義のねらい 化学変化に伴う過程について，均一系における反応速度の取扱いを理解すると共に，表面・界面でおこる反応および電極反応の速度論について習得する。
講義計画
  1. 気体分子の運動　圧力，速度分布，衝突
  2. 気体分子の運動　流出速度，拡散，熱伝導
  3. イオン輸送　電解質溶液の伝導率，イオンの相互作用
  4. 拡散現象　拡散方程式，ランダム歩行
  5. 化学反応の速度　速度則，速度定数，半減期，反応速度の温度依存性
  6. 反応機構と素反応　素反応，律速段階，逐次反応
  7. 反応の分子動力学　衝突理論，物質収支
  8. 反応の分子動力学　活性錯体，遷移状態，絶対反応速度論
  9. 反応の分子動力学　ポテンシャルエネルギー面，活性化エネルギー
  10. 固体表面の化学　表面の構造と組成，結晶の成長，表面エネルギー，ぬれ
  11. 固体表面の化学　吸着，吸着等温式，吸着と触媒反応
  12. 電極反応速度　電荷移動過程，分極と過電圧
  13. 電極反応速度　半導体での電極反応，光電気化学反応
  14. 電極反応速度　電気化学反応による析出と溶解，1次，2次電池，燃料電池
  15. 表面・界面現象のトピックス
成績評価 小テスト，期末試験，宿題（レポート）
テキストなど 教科書：アトキンス「物理化学　下」第6版（千原，中村訳）：東京化学同人
参考書：現代の電気化学：小沢昭弥監修，新星社
　　　　電気化学の基礎：魚崎浩平，喜多英明著，技報堂
履修の条件
担当教員から一言

高温反応の熱力学 ()
永田　和宏　教授　大岡山　南8号館409室（03-5734-????）nagata@mtl.titech.ac.jp
推奨学期 5 単位数 2-0-0
講義のねらい

熱力学は、熱などのエネルギーを使って仕事を効率よく行う方法を示してくれる。水は高所から低所に流れ、途中にダムがあると位置のエネルギー差を利用して羽根車を回し、その機械的エネルギーを発電機で電気に変えている。蒸気タービンは水を蒸気に変えるボイラーと水に凝縮させる復水器との間に生じる圧力差を利用してタービンを回している。製鉄ではコークスを燃焼させて熱と一酸化炭素ガスを生成し、その熱と還元ガスの一部で鉄鉱石を鉄や銑鉄に変えている。このようにエネルギーの高い状態から低い状態へ熱が流れる時、その一部は機械的エネルギーに変換されさらに電気エネルギーになる。あるいは化学的エネルギーに変換され製鉄など化学反応をおこす。材料の製造プロセスはこの原理に従っている。材料はさまざまな環境中で温度変化や風雨に曝されるなどすると次第に劣化し変化する。すなわちエネルギーの流れの中で変化している。その方向は材料がその環境の中で最も安定な状態に変化してゆく。

この講義では、熱力学を使えるようにする。そのために、多くの事例を取り上げると同時に、宿題を課すことによってより深く理解できるようにしている。構造材料や機能材料の製造工程における高温化学反応の熱力学的状態変化を具体的に取り扱えるようにする。質量作用の法則、熱力学第１法則（エネルギー保存則），熱力学第２法則（エントロピー生成），熱力学第３法則（エントロピーの絶対値）、ギブスエネルギーと化学ポテンシャル，溶体論、および状態図の理解と使い方に重点を置く。

講義計画
  1. はじめに、無から有は生じない(質量の保存)
  2. 熱とは何か(熱力学第一法則)
  3. 物質の状態変化とエントロピー生成(熱力学第2法則)
  4. エントロピーの絶対値(熱力学第3法則)
  5. ギブスエネルギー変化と化学反応
  6. 混合気体の状態
  7. 混合気体と固容体の状態
  8. 混合液体のモデル
  9. 不均質系の化学反応
  10. 電池反応
  11. 相律と状態図
  12. 状態図とギブスエネルギー
  13. 2元系状態図
  14. 金属の酸化と還元
成績評価 出席(14回，7点)、レポート（全28問題，42点）、期末試験（51点） レポート：講義ごとに問題を宿題として課す。次の講義時間までに提出すること。レポートの評価はＡ（1.5点），Ｂ（1.0点），Ｃ（0.5点）で行う。再提出で評価を上げる事ができる。遅れて提出したレポートは評価が低くなる。
テキストなど 教科書:「解いてわかる材料工学Ⅰ」永田和宏、加藤雅治著、丸善、平成9年
履修の条件
担当教員から一言

「高温反応の熱力学」課外授業

たたら製鉄は簡単、砂鉄と木炭から鋼を造ってみよう


移動速度論 (Transport Phenomena at High Temperature)
金澤　幸　准教授　大岡山　南8号館410室（03-5734-3586）hayashi@mtl.titech.ac.jp
推奨学期 6 単位数 2-0-0
講義のねらい
  1. 粘性流，熱流，拡散流および反応速度の概念を理解する。
  2. 具体的な反応容器内の物質，運動量，エネルギーの流れおよび反応速度を定量的に扱えるようにする。
講義計画
  1. 流れはなぜ生ずるのか。
  2. 定常状態と非定常状態。
  3. 粘性流（定常流の流速分布）。
  4. 粘性係数の測定方法。
  5. 熱流（定常状態の温度分布）。
  6. 非定常状態における熱流。
  7. 拡散流（流れの定義）。
  8. 定常状態の拡散。
  9. 非定常状態の拡散。
  10. 化学反応速度。
  11. 無次元式と無次元数。
  12. 無次元数の使い方。
  13. 次元解析。
  14. 巨視的収支。
  15. 混合。
成績評価 出席，宿題（全30問題），期末試験
テキストなど 教科書：
  • 「Transport Phenomena」R.B.Bird. et.al
  • 「解いてわかる材料工学」第一巻　永田他，丸善
履修の条件 講義ごとに問題を宿題として課す。次の時間までに提出すること。宿題の評価はA,B,Cで行う。 遅れて提出したレポートは評価が低くなる。
担当教員から一言 講義は板書で行うので，受講生は教科書で復習を行うこと。

テキストは使用しない。
表面物理化学 (Physical Chemistry of Surface)
西方　篤　准教授　大岡山　南8号館405室（03-5734-3134）atsushi@mtl.titech.ac.jp
推奨学期 5 単位数 2-0-0
講義のねらい 金属材料の腐食現象あるいは電解プロセス等を理解するために必要な金属電気化学の基礎を量論、平衡論、速度論の立場からわかりやすく解説するとともに、腐食現象の基礎についても解説する。 講義計画
講義計画
  1. ガイダンス
  2. 金属の表面Ⅰ：表面エネルギー
  3. 金属の表面Ⅱ：表面の構造と方位性ピット
  4. 電気化学の量論：電極反応とファラデー則
  5. 金属／水溶液界面での平衡論　基礎Ⅰ：金属／溶液界面の構造
  6. 金属／水溶液界面での平衡論　基礎Ⅱ：ネルンストの式の導出
  7. 金属／水溶液界面での平衡論　応用Ⅰ：電池の起電力と電気化学分析
  8. 金属／水溶液界面での平衡論　応用Ⅱ：腐食系における電位-pH図
  9. 金属／水溶液界面での平衡論　演習
  10. 電極反応の速度論　基礎Ⅰ：電極反応と物質移動
  11. 電極反応の速度論　基礎Ⅱ：平衡系の速度式
  12. 電極反応の速度論　基礎Ⅲ：腐食系の速度式
  13. 電極反応の速度論　応用：腐食速度の推定法、電気化学分析
  14. 電極反応の速度論　演習
成績評価 出席と期末試験による。
テキストなど 参考書
　　　現代電気化学　：　田村英雄　松田好晴共著　倍風館，
　　　電気化学の基礎：　魚崎浩平　喜多英明共著　技報堂
履修の条件 材料解析D（電気化学演習）を併せて履修することが望ましい。
担当教員から一言 電気化学の基礎は金属材料の環境劣化を理解する上で重要です。理解を深めるため演習をできるだけ入れて講義をします。また、6学期の金属工学実験では、この講義の内容に関する実験も用意しています。

材料精錬プロセス第一 ()
，連絡教官：寺田芳弘　准教授　（大岡山南8号館 208室，（03-5734-3147），terada@mtl.titech.ac.jp）
推奨学期 6 単位数 1-0-0
講義のねらい 材料の高温を用いる製造プロセス例として，リサイクルを含んだ製鉄・製鋼プロセスについて理論的背景を含めて教授する。
講義計画
成績評価
テキストなど
履修の条件
担当教員から一言

材料精錬プロセス第二 ()
，連絡教官：寺田芳弘　准教授　（大岡山南8号館 208室，（03-5734-3147），terada@mtl.titech.ac.jp）
推奨学期 6 単位数 1-0-0
講義のねらい 機能性金属材料の精錬プロセスについて理論的背景を含めて教授する。
講義計画
成績評価
テキストなど
履修の条件
担当教員から一言



Department of Metallurgical Engineering,
Tokyo Institute of Technology
South 8th bld., 2-12-1 Ookayama, Meguro-ku,
Tokyo 152-8552, JAPAN