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今後の予定
7日目 11月12日
レポート押印
1回目口頭報告についての説明
講義（4章～5章），班で討論
8日目 11月19日 1回目口頭報告
9日目 11月26日 1回目口頭報告答あわせ，講義（5章）
10日目 12月 3日 3・4章についての小テスト，講義（6章）
2回目口頭報告課題の発表
11日目 12月10日 講義（6章の続き）
12日目 12月17日 2回目口頭報告
13日目 1月13日 2回目口頭報告の答あわせ，まとめ
14日目 1月21日 予備テスト
15日目 1月28日 定期テスト
本日の課題
• 口頭報告の準備
1
内部エネルギーの内訳
E  E K  E vib  E P  E el
分子
原子
分子
電子
ポテンシャルエネルギー：EP
電子エネルギー：Eel
分子
運動エネルギー：EK
振動エネルギー：Evib
原子核
P44
図３－７
2
内部エネルギーの内訳
E  E K  E P  E el
分子
電子
ポテンシャルエネルギー：EP
電子エネルギー：Eel
分子
運動エネルギー：EK
原子核
P44
図３－７
3
電子エネルギー
E  E K  E P  E el
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
P40
図３－３・４
4
P51 質問３－７
結晶中の分子は止まっているか？
結晶

K, trans

3
2
液体
k BT
結晶中でも分子は振動運動を
している．
温度が同じなら結晶と液体の
分子運動のエネルギーは同じ．
5
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
なぜ，系，宇宙（熱力学的世界）という言葉を使うのか？
6
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv = 0
系
DE K


DE P
DE
DEel
K, trans
3
2
T により
k BT
分子集合
変化
状態に
（Tに比例） より変化
分子集合
状態に
より変化
7
P一定でないとき 【参考】
P一定のとき
V2
D E mech  P D V
D E mech 
 PdV
V1
重り ＝ 力学的周囲
宇宙
系
恒温槽 ＝ 熱的周囲
8
実験
• 断熱圧縮による発火
ディーゼルエンジンで利用されている．
• 断熱膨張による雲の発生
膨張→冷却→水蒸気の凝縮＝雲の発生
9
断熱圧縮
おもりが下がると
力学的周囲の
エネルギー
（DEmech）は減少
エネルギー
の流れ
系
D E mech  P D V
系の内部エネルギーDEは増加
断熱圧縮により発火も可能 → ディーゼルエンジン
10
断熱圧縮
体積が小さくなっていくと、シ
リンダー中の気体分子がピ
ストンに当たる回数も増える
ため、運動が激しくなるので
温度が高くなる？？
11
エンタルピーとはなにか？ （ｐ６１）
定義
P一定のとき
H  E  PV
DH  DE  PDV
 D E  D E mech
  D E therm  q
圧力一定のときエンタルピー変化＝系の吸熱量
12
力学的周囲
P DV
系
宇宙
DH
DE
熱的周囲
Ｐ６２ 図４－６
定圧過程では
w   PDV
q  DH
DH  DE  PDV
13
様々なエネルギーの値の比較 （ｐ６４）
•共有結合： 約500 kJ/mol → Eel
水素の燃焼熱： 約500 kJ/mol
•水素結合： 約20 kJ/mol → Ep
水の蒸発エンタルピー： 40 kJ/mol
•ファンデルワールス力： 約1 kJ/mol → Ep
アルゴンの蒸発エンタルピー： 6.5 kJ/mol
•PV仕事（300 K，1 atmで1 molの気体発生）： 2.4 kJ/mol
•分子運動のエネルギー（300 K，RTの値）： 2.4 kJ/mol
多くの場合
DH  DE  PDV  DE
14
力学的周囲
P DV
系
宇宙
DH
DE
熱的周囲
Ｐ６２ 図４－６
定圧過程では
w   PDV
q  DH
DH  DE  PDV  DE
15
H
エネルギー
H
吸熱
H－H
16
断熱圧縮と等温圧縮
• 気体を圧縮する時に温度を一定にするため
にはどうすればよいか？
• 特別な断熱材を使わずに断熱圧縮をすること
ができるか？
17
理想気体を等温圧縮したときの
DEtherm， DE mech，q，w の符号は？
18
P50 例題３－１
Heガスを等温圧縮したときの内部エネルギー変化
は，正・負・ゼロのいずれか．分子論的理由も添えて
答えよ．ただし，Heガスは理想気体とする．
系
0
0
0
DEK
DEP
DEel
T
V
化学反応
DE
0
19
理想気体を等温圧縮したときの
DEtherm， DE mech，q，w の符号は？
20
理想気体の等温圧縮
-
力学的周囲 DEmech
+w
0
系
q
DE
-
宇宙
DEtherm
熱的周囲
DEuniv = 0
+
系
0
DE K
T
0
DE P
V
DE
0
DEel
化学反応
21
モデル図
等温条件で気体を圧縮した場合
力学的周囲
圧縮
熱的周囲
宇宙
系
理想気体
等温
エネルギー図
力学的周囲
宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DE = 0
22
モデル図
断熱条件で気体を圧縮した場合
力学的周囲
圧縮
熱的周囲
宇宙
断熱
系
エネルギー図
力学的周囲
宇宙
DE mech
w
系
E
q
熱的周囲
DE therm
DE univ= 0
DEtherm = 0
23
P60
質問 ４－３
理想気体を1atmの外圧下で断熱膨
張させると温度が上がるか，
それとも下がるのか？
注： 外圧をかけた状態で膨張させる
ためには減圧すればよい．
• 膨張しているのだから温度が上がる？ P V = n R T
• 外圧一定だからｗ＝０？
24
第5章 エントロピー
P70
化学変化の進む方向は
どのようにして決まるのか？
25
26
＜ルシャトリエの原理＞ p70
「濃度，圧力，温度などを変化させると，
その影響をやわらげる方向に反応が進む．」
2NO2 = N2O4 + 57kJ
・温度下げると発熱： 2NO2 → N2O4
・温度上げると吸熱： 2NO2 ← N2O4
定量的な法則ではない．
27
＜質量作用の法則＞ p70
H2 + I 2
[HI]

2HI
2
 K
[H 2 ] [I 2 ]
・化学反応がどこまで進行するか定量的に計算できる．
・化学反応以外の変化（相変化など）を扱えない．
28
Ｑ．「化学変化の進む方向はどのようにして決まるのか？」
Ａ．「安定化する方向に進む」
どのような状態が安定なのか言わないと無意味．
安定性を支配する物理量は？
それがエントロピーと自由エネルギーである．
p70～71
29
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
30
エントロピー増大の法則はなぜ成り立つのか？
＜熱力学からの回答＞
経験によるとエントロピー増大の法則がいつも成り立つ．
＜統計力学からの回答＞
エントロピーとは乱雑さの度合い．
分子の不規則な熱運動により，乱雑さが増大する．
よって，エントロピーも増大する．
p71
31