Transcript 11日目 12月14日 講義（6章の続き）

今後の予定
8日目 11月16日 口頭報告答あわせ，講義（5章）
9日目 11月30日 １～４章についての小テスト，講義（5章続き）
10日目 12月 7日 講義（6章）
11日目 12月14日 講義（6章の続き）
12日目 12月21日 講義（これまでの復習など）
13日目 1月 11日(金），12日（土） 口頭報告2回目
※ 1月12日（土）は1・2時限目，21522教室
試験対策講座（質問受け付け）
1月16日（水）5・6時限目，21501教室
14日目 1月18日（全学的には休講日） 予備テスト
15日目 1月25日 定期テスト
本日の課題
5章への感想・質問 （i-sysで提出）
1
ポテンシャルエネルギーと力の関係
落下・上昇にともなう重力ポテンシャルエネルギー変化
力に従って落下
→ EP減少
力に逆らって上昇
→ EP増加
重力
力が大きいほどEP の
増減は大きくなる．
P32
図２－５
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４－２
3
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv = 0
系 DE
DE K
DE P
T
V
DEel
化学反応
4
分子の運動エネルギー
加熱

K, trans
3
 k BT
2
E  EK  EP  Eel
P38
図３－１
5
分子間ポテンシャルエネルギー
E  EK  EP  Eel
P39
図３－２
6
電子エネルギー
E  EK  EP  Eel
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
P40
図３－３・４
7
H
H
エネルギー
発熱
H－H
結合エネルギーと発熱
8
力学的周囲
P DV
系
宇宙
DH
DE
熱的周囲
Ｐ６２ 図４－４
H  E  PV
定圧過程では
DH  DE  PDV
q  DH
w  PDV
9
様々なエネルギーの値の比較 （ｐ６３）
•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
10
エアコン（ヒートポンプ）のしくみ
冷房
圧縮機（ポンプ）
低圧
高圧
熱
熱
電気
エネルギー
室内：低温
室外：高温
膨張弁
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エアコン（ヒートポンプ）のしくみ
暖房
圧縮機（ポンプ）
高圧
室内
低圧
熱
電気
エネルギー
熱
室内：高温
室外：低温
膨張弁
12
第5章 エントロピー
P69
化学変化の進む方向は
どのようにして決まるのか？
13
14
＜ルシャトリエの原理＞ p69
「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．
15
＜質量作用の法則＞ p69
H2 + I 2

2HI
2
[HI]
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．
16
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．
p69～70
17
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）
p70
18
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．
p70
19
乱雑さのない部屋
（本は本棚に，ごみはごみ箱に片付いている）
本棚 ごみ箱
ごみ
誰かの部屋
本
p71
図５－１
乱雑さのない部屋のパターンは１通り
20
少し乱雑な部屋
（ごみはごみ箱に入っているが，本は床に転がっている）
・・・
p71 図５－2
少し乱雑な部屋のパターンは１０通り
21
とても乱雑な部屋
（本もごみも床に散らかっている）
・・・
p71 図５－3
とても乱雑な部屋のパターンは
１０×１０＝１００通り
22
＜エントロピー＞
p72
S  k ln W
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．
23
Ｐ70 図５－4
S = k lnW
S とW の関係
0
1
W
24
体積が膨張するとエントロピーは？
物質の混合によりエントロピーは？
25
体積膨張
混合
p73 図５－５
p73 図５－６
26
蒸発，融解によりエントロピーは？
27
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）
p74 図５－７
28
分子の向き（配向）の乱れ
p74 図５－８
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