Transcript 11日目

今後の予定
11日目 12月 2日 講義（6章の続き）
2回目口頭報告課題の発表
2回目小テストを再度解いて班で討論
12日目 12月 9日
13日目 12月16日
14日目 1月13日
15日目 1月20日
16日目 1月27日
講義（6章の続き），班で討論
2回目口頭報告
2回目口頭報告の答あわせ，エンジンの効率
小テスト，まとめ
定期テスト
本日の課題 6章への感想・質問 （i-sysで提出）
口頭報告が終了していない人は授業終了後に相談に来ること．
1
2
小テスト2回目 解答
（１） 定温・定圧，H2O（液体）→ H2O（固体）． q  w
① DEK ：0
② DEP ：－
③ DE ：－
④q ：－
（２） 定温・定圧， 2HF（気体） → H2（気体）＋F2（気体） ．
DH >0，理想気体．
①DEtherm：－
②DEmech：0
③ DE ：＋
④DEel：＋
（３） 断熱・定積，エチレン（気体）→ポリエチレン（固体）．
DEel<0．
① DE ： 0
② DT ： ＋
3
重り ＝ 力学的周囲
宇宙
（熱力学的世界）
＝ 系
＋熱的周囲
＋力学的周囲
DEmech
DEtherm
系 DE
系＝現在注目している部分
恒温槽 ＝ 熱的周囲
P59 図４－３
4
力学的周囲 DEmech
w
系
系
q
DE
熱的周囲
DE P
DEel
DE  q  w
w  PDV
q  DH
DH  DE  PDV
K, t rans
3
 kBT
2
DEuniv = 0
定圧過程では
DE
DE K

DEtherm
宇宙
T により
変化
（Tに比例）
分子集合
状態に
より変化
化学反応
により
変化
5
S  S空間配置  Sエネルギー
 k B ln W空間配置  k B ln Wエネルギー
p73
6
力学的周囲
DSmech = 0
DStherm = －DH/T
系
DS
DH
宇宙
DSuniv
= DS + DStherm+ DSmech
熱的周囲
p81 図5－14
DSuniv = DStherm + DS > 0 なら自発的に進行．
DG /T = － DH/T + DS > 0
DG =
DH
なら自発的に進行．
－ TDS < 0 なら自発的に進行．
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DGが負なら変化が自発的に進行
（DGが正なら逆変化が自発的に進行）
DG  DH  TDS
反応進行の要因
・DH が負（発熱する）
・DS が正（乱雑になる）
「エネルギーが低い方が安定」
→ 「自由エネルギーが低い方が安定」
8
温度変化についてのルシャトリエの原理が
成り立つのはなぜか？
＝高温にすると吸熱反応が起こるように
平衡が移動するのはなぜか？
具体例 CaCO3 （固体） → CaO（固体）+ CO2 （気体）
＋
＋
DG  DH  TDS
低温
＋
＋
－（小）
高温
－
＋
－（大）
T は絶対温度．
T とDT は違う．
9
液体が相分離するのはどういう場合か？
相分離
－
DG  DH  TDS
－
p106 図6－2
－（大）
＋
DG 符号の決め方
• 自発性より
• DG＝DH－TDSより
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水と油が分離する理由
水素結合
―
＋
―
DG  DH  TDS
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なぜ氷の融点は0℃か？
（物質の融点はどのようにして決まるか？）
なぜ融点より下の温度では結晶が安定か？
なぜ融点より上の温度では液体が安定か？
H2O （固体） → H2O （液体）
＋
＋
DG  DH  TDS
低温
＋
＋
－（小）
高温
－
＋
－（大）
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結晶（分子位置固定）
液体（分子位置可動，体積変化小）
気体（分子位置可動，大きな体積膨張）
13
分子の向き（配向）の乱れ
14
なぜ氷は0℃で融解するのか？
G  H  TS
G
沸点も同様に議論できる．
結晶
液体
融点
T
15
定温定圧条件下で自由エネルギー
最低の状態（熱力学的な最安定状態）
が実現しないことがありえるか？
ありえるとすれば，どのような場合か？
冊子p107 質問６－３ 16
触媒
活性化エネルギーが高すぎて
熱力学的な再安定状態が実
現しないことがある．
触媒は活性化エネルギーを
変化させる．
始状態
終状態
始状態と終状態は変わらない．
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定温定圧条件下で自由エネルギー
最低の状態（熱力学的な最安定状態）
が実現しないことがありえるか？
ありえるとすれば，どのような場合か？
待ち時間が十分でない場合．
ただし，宇宙の年齢より長く待たないといけないかも！
冊子p107 質問６－３ 18
過冷却液体の結晶化
G  H  TS
G
過冷却液体
結晶
「過熱」は起こらない
液体
融点
T
19
エコカイロ
酢酸ナトリウム水溶液 ⇒ 酢酸ナトリウム三水和物（結晶）
G
過冷却液体
結晶
G  H  TS
「過熱」は起こらない
液体
融点
T
20
砂糖を加熱すると，どうなるか？
加熱したものを冷やすと，どうなるか？
21
砂糖を加熱すると，どうなるか？
加熱したものを冷やすと，どうなるか？
ガラス
G
G  H  TS
×
過冷却液体
結晶
液体
融点
p109 図6－5
T
22
卵を加熱すると固まるのはなぜか？
DG  DH  TDS
23
タンパク質の変性
変性状態
天然状態
24
卵を加熱すると固まるのはなぜか？
G  H  TS
G
天然状態
変性状態
変性温度
T
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料理は化学だ！
26
安定な状態は条件によって変わる
常識や社会のシステムも同じ？
G
G  H  TS
結晶
液体
融点
T
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