Transcript 12日目

今後の予定
12日目 12月 9日 2回目口頭報告課題レポート押印
講義（6章の続き）
2回目口頭報告課題について班で討論
13日目 12月16日 2回目口頭報告
14日目 1月13日 2回目口頭報告の答あわせ
エンジンの効率
15日目 1月20日 小テスト，小テストの答あわせ
まとめ
16日目 1月27日 定期テスト
本日の課題
2回目口頭報告準備
1
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」
2
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
3
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）
4
なぜ氷は0℃で融解するのか？
G  H  TS
G
結晶
液体
融点
T
5
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．
6
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
7
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
8
エタノールのガラス化・結晶化
9
ガラス
G
G  H  TS
×
過冷却液体
結晶
液体
融点
T
10
Blu-ray，DVDの記録のしくみは？
11
Blu-rayの書き込み原理
（相変化記録様式の場合）
強い
レーザー光
対物レンズ
結晶
600℃に加熱される
12
Blu-rayの書き込み原理
（相変化記録様式の場合）
対物レンズ
結晶
冷えると非晶質に変化
13
Blu-rayの消去原理
（相変化記録様式の場合）
中程度の
レーザー光
対物レンズ
結晶
非晶質
400℃に加熱され結晶に変化
14
Blu-rayの読み込み原理
（相変化記録様式の場合）
弱い
レーザー光
対物レンズ
非晶質
結晶
状態変化は起こらない
15
強いレーザー光を照射して書き込み
ガラス
G
×
過冷却液体
結晶
液体
融点
T
16
中間のレーザー光を照射して消去
ガラス
G
×
過冷却液体
結晶
液体
融点
T
17
弱いレーザー光を照射して読み取り
ガラス
G
×
過冷却液体
結晶
液体
融点
T
18
質問６－４
G
H2＋I2
H 2  I 2  2HI
2HI
という反応の自由エネルギー変化は負で
あるのに，反応は完結せず，質量作用の
法則で決まる組成で止まるのはなぜか？
2
[HI]
K
[H 2 ] [I 2 ]
冊子p109
19
A → B
H
S
x
G  H  TS
G
x
x
図6－6 気相反応の途中のエンタルピー，
冊子p110
エントロピー，自由エネルギー
20
A
B
S
x
図6－7 気相反応の途中のエントロピー
冊子p110
21
A → B
H
S
x
G  H  TS
G
x
x
図6－6 気相反応の途中のエンタルピー，
冊子p110
エントロピー，自由エネルギー
22
dG
0
dx
 PB 
 DG  / RT
Kp   
e
 PA  equil
23
水の生成反応 （自発的に進行）
H2 +(1/2)O2 → H2O
1 atm, 298 K
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
q = DH
系 DS
DG = DH － TDS
= (－286 ＋ 49 ) kJ mol-1
= －237 kJ mol-1
熱的周囲
24
水の分解反応 （自発的には逆反応が進行）
H2O → H2 +(1/2)O2
1 atm, 298 K
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
q = DH
系 DS
DG = DH － TDS
= (286 － 49 ) kJ mol-1
= 237 kJ mol-1
熱的周囲
25
水の分解反応を進行させるには？
26
水の分解反応 （自発的には逆反応が進行）
H2O → H2 +(1/2)O2
1 atm, 298 K
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
q = DH
系 DS
DG = DH － TDS
= (286 － 49 ) kJ mol-1
= 237 kJ mol-1
熱的周囲
27
水の電気分解反応 （強制的に進行）
H2O → H2 +(1/2)O2
1 atm, 298 K
DGmech,2 = DEmech,2 = －w2
力学的周囲２
（蓄電器）
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
q = DH‐w2
w2
系 DS
DG = DH － TDS
= (286 － 49 ) kJ mol-1
= 237 kJ mol-1
熱的周囲
DG＋DGmech,2 = DG －w2 < 0 なら
強制進行が可能．
28
エネルギー
≒電子エネルギー
Cu2＋ ＋ Zn
e－
Cu
Zn
2e－
Zn2+ Cu2+
Cu ＋ Zn2＋
電気エネルギーのエントロピーはゼロ
29
水の電気分解反応 （強制的に進行）
H2O → H2 +(1/2)O2
1 atm, 298 K
DGmech,2 = DEmech,2 = －w2
力学的周囲２
（蓄電器）
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
q = DH‐w2
w2
系 DS
DG = DH － TDS
= (286 － 49 ) kJ mol-1
= 237 kJ mol-1
熱的周囲
DG＋DGmech,2 = DG －w2 < 0 なら
強制進行が可能．
30
自発的変化とは？
• 熱およびPV仕事以外の周囲（例えば蓄電器）から
エネルギーを恒常的に受け取って初めて進行する
変化は自発的変化とは言えない．
• 最初にきっかけ（電気火花による点火，衝撃など）を
与えれば，その後は勝手に進行するのは自発的な
変化と言える．
• 触媒は反応前後で変化しないので（触媒のエネル
ギー等の変化はゼロ），触媒により進行する変化は
自発的変化と言える．
31
燃料電池 （自発的に進行）
H2 +(1/2)O2 → H2O
1 atm, 298 K
DGmech,2 =DEmech,2 （ =系から取り出した電気エネルギー）
力学的周囲２
（蓄電器）
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
系 DS
熱的周囲
DG = DH － TDS
DG＋DGmech,2 = DG ＋DEmech,2 < 0
= (－286 ＋ 49 ) kJ mol-1 なら自発的に進行．
= －237 kJ mol-1
DEmech,2 <－DG = 237 kJ mol-1 32
自由に使えるエネルギーの最大値
水の生成反応 （自発的に進行）
H2 +(1/2)O2 → H2O
1 atm, 298 K
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
q = DH
系 DS
DG = DH － TDS
= (－286 ＋ 49 ) kJ mol-1
= －237 kJ mol-1
熱的周囲
使いにくい（高エントロピーの）
熱エネルギーのみが発生！
33
燃料電池 （自発的に進行）
H2 +(1/2)O2 → H2O
1 atm, 298 K
DGmech,2 =DEmech,2 （ =系から取り出した電気エネルギー）
力学的周囲２
（蓄電器）
宇宙
（全世界）
力学的周囲１
（PV仕事）
系 DS
熱的周囲
DG = DH － TDS
DG＋DGmech,2 = DG ＋DEmech,2 < 0
= (－286 ＋ 49 ) kJ mol-1 なら自発的に進行．
= －237 kJ mol-1
DEmech,2 <－DG = 237 kJ mol-1 34
自由に使えるエネルギーの最大値