Transcript Document

今後の予定
10日目 12月 4日 講義（5章続き，6章），
2回目口頭報告課題の発表 → 宿題
11日目 12月11日 講義（6章の続き）
12日目 12月18日 2回目口頭報告
13日目 1月 8日 口頭報告（２）の答あわせ，まとめ
14日目 1月15日 予備テスト
15日目 1月22日 定期テスト
本日の課題
6章への感想・質問 （i-sysで提出）
2回目口頭報告課題レポート（次回の授業で提出）
1
2
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
系
系＝現在注目している部分
恒温槽 ＝ 熱的周囲
P59 図４－３
3
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv = 0
系
DE K
DE P
T
分子集合
状態
DE
DEel
化学反応
4
＜エントロピー＞
p73
S  k lnW
孤立系（宇宙）のエントロピーは自発的に増大する．
（エントロピー増大の法則 or 熱力学第2法則）
エントロピーは乱雑さの指標である．
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
発熱反応はなぜ自発的に進むのか？
高エネルギーの（不安定な）結合
低エネルギーの（安定な）結合
Wエネルギー>>1
Wエネルギー=1
p77 図５－１０
7
8
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 = DS + DStherm >0 なら自発的に進行．
9
重り ＝ 力学的周囲
DSmech = 0
系
系
p80 図5－13
10
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 = DS + DStherm >0 なら自発的に進行．
吸熱でStherm が減少しても，それ以上にS が 増
加すれば，自発的に進行．
S が 減少しても，それ以上にStherm が増加すれ
ば，自発的に進行．
11
エネルギーとエントロピーの関係
DStherm  DEtherm / T  q / T
可逆変化の場合．．．
DS univ  0
DS  DS therm  qrev / T
さらに，定圧変化の場合．．．
DH  qrev
DS  DH / T
12
第6章 自由エネルギー
P103
自由エネルギーとは何か？
G  H  TS
定温定圧条件下における自発的変化で
自由エネルギーが減少するのはなぜか？
冊子p103 質問６－１
13
化学変化の進む方向はどのようにして決まるのか？
＜熱力学からの回答＞
宇宙（熱力学的世界）のエントロピーが増大する方向に
変化が進む．
（エントロピー増大の法則 or 熱力学第二法則）
定温・定圧過程では，
系の自由エネルギーが減少する方向に変化が進む．
（自由エネルギー減少の法則）
p71
14
G  H  TS
定温・定圧変化では．．．
DG  DH  TDS
DS univ  DS therm  DS
 DH / T  DS
 (DH  TDS ) / T
 DG / T
冊子p103
15
DS univ  DG / T
T 0
自発変化では
DG  0
DS univ  0
冊子p103-104
16
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． 17
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」
18
なぜDH が負（発熱）であることが
変化を進める要因となるのか？
DG  DH  TDS
19
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？
DG  DH  TDS
20
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
21
水と油が分離する理由
水素結合
―
＋
―
DG  DH  TDS
22
疎水性水和
P17
図１－２５
DG  DH  TDS
23
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？
DG  DH  TDS
24
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）
25
分子の向き（配向）の乱れ
26
なぜ氷は0℃で融解するのか？
G
G  H  TS
液体
凝固
結晶
融解
T
融点
p107 図6－3
27
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 28
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．
29