院試で頻出!物理化学の勉強法(熱力学編)

院試情報

今回は大学院試験で出題される物理化学について、頻出分野とその勉強法について解説していきます。

当然、大学ごとに出題される傾向は異なりますが、どの大学も共通で頻出な分野は存在するので、あらかじめそれを知っておくことで効率よく院試を乗り越えることができます。

また、他大学の大学院へ進学希望の方は院試の情報も少ないと思うので、まずは頻出分野から勉強していくことは良い手だと思います。

院試で頻出!物理化学の勉強法

一言で物理化学といっても、その範囲は膨大であり、使っている教科書によって扱う内容はかなりことなります。

ここでは、多くの大学で採用されているアトキンス物理化学をもとに頻出分野を列挙します。

アトキンス物理化学では大きく分けて

  • ・熱力学
  • ・統計熱力学
  • ・量子化学
  • ・反応速度論

この4つに大別されます。院試で出題される確率は

熱力学(必ず出題) > 反応速度論(ほぼ必ず出題) >> 量子化学 > 統計熱力学

このような序列になります。熱力学と反応速度論はほぼ確実に出題されます。

東工大の物質理工学院では熱力学・反応速度論はほぼ毎年出題され、量子化学は2,3年に一度くらいのペースで出題されます。

統計熱力学は数回出題されました。

それ以外の分野は化学動力学や回転スペクトルなどアトキンス物理化学のなかでは比較的ニッチな分野がピンポイントで出題されたりします。

正直このような分野まで幅広く対策するのは大変なので、まずは頻出分野の対策に力をいれるべきです。

本記事では熱力学についてです。

さて、熱力学といっても範囲は非常に広いです。ここからは、私が思う各分野での頻出問題を挙げていきます。

分子運動論

まずは、分子運動論です。分子一つ一つの運動を考え、それから圧力や速度を求めます。

具体的な例題は以下の記事に掲載しています。

このような分子運動論の問題は2021年現在、東工大や名古屋大などでよく出題されています。

特に、マクスウェル・ボルツマン分布の考え方や使い方は重要なので理解しておきたいです。

エンタルピー・エントロピー計算や式の導出

各エネルギーの計算はかなりの頻度で出題されます。ただ、物理化学においてこのようなエネルギー計算は全ての分野の基礎なのでしっかりと対策しましょう。

定圧条件、断熱条件などで使える式は異なりますので演習を積んで慣れておきたいです。

しかし、これらの条件も内部エネルギーなど基本的な式さえ覚えておけばそこから導出できるので、よく練習しておきたいです。

また、カルノーサイクルがそのまま出題されることもあるので、演習で慣れておきましょう。

例題は以下の記事に掲載しています。

また、内部エネルギーやギブズエネルギーの定義から様々な式を導出する問題も頻出です。

そのため、式の定義を覚えることはもちろん、全微分形式など基本的な式変形を理解しなければなりません。

溶液平衡

単純に、混合エントロピーや混合エンタルピーを導出する問題が結構出たりします。

例題は以下の記事に掲載しています。

化学ポテンシャルの定義や、それとギブズエネルギーの関係など非常に大事な概念ですので、ぜひ理解して院試に臨んでください。

クラウジウス・クラペイロンの式の導出や式の解釈

ピンポイントに式を指定しましたが、個人的にこの式の導出や式の解釈はよく出てくると感じます。

例題は以下の記事に掲載しています。

この式は複数の導出方法があります。どれも熱力学基本式を組み合わせて導出するため、やはり基本的な式変形はできるようになる必要があります。

また、式の解釈もよく出てきます。クラウジウス・クラペイロンの式はなにを表しているのかをしっかりと理解しましょう。

まとめ

以上が熱力学分野における頻出分野です。

量子化学や統計熱力学などに比べれば理解しやすい分野ではありますが、やっておきたい問題が多く、すべての分野の基礎となるのでまずは熱力学から対策していきましょう。

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