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今後の予定
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
6章への感想・質問 （i-sysで提出）
2回目口頭報告課題 （レポート用紙に書いて次回提出）
1
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
2
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
電子
状態に
より変化
3
小テスト2回目 解答
（１） 断熱・定積，H2O（液体）→ H2O（固体）．
①DE ：0
②DEP：－
③DEK：＋
④DEtherm ：0
（２） 定温・定圧，エチレン（気体）→ポリエチレン（固体）．
DHの符号は負． q  w
①w：＋
②q：－
③DE：－
（３） 定温・定圧， 2HF（気体） → H2（気体）＋F2（気体） ．
吸熱反応，理想気体．
①DEel：＋
②DEmech：0
③ DE ：＋
4
＜エントロピー＞
p73
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．
5
とても乱雑な部屋
（本もごみも床に散らかっている）
・・・
p72 図５－3
とても乱雑な部屋のパターンは
１０×１０＝１００通り
6
体積膨張
p74 図５－５
混合
p74 図５－６
7
混合
p74 図５－６
8
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）
p75 図５－７
9
分子の向き（配向）の乱れ
p75 図５－８
10
Wエネルギー=1
Wエネルギー>>1
p76 図５－９
11
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
12
発熱反応はなぜ自発的に進むのか？
p77
13
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
14
エネルギー
H
H－H
H
F
F
F－F
H－F H－F
H2（気体）＋F2（気体） → 2HF（気体）
15
16
ボールが低い場所で止まるのはなぜか？
p78 図５－１１
17
分子の運動
マクロな
物体の
運動
p78 図５－１２
18
吸熱変化が自発的に進行するのは
どういう場合か？
例： 水の蒸発
食塩の水への溶解
p79
19
DSuniv>0： 正反応が自発的に進む ＝不可逆
DSuniv=0： どちら向きにも反応は
自発的には進まない
＝可逆
DSuniv<0： 逆反応が自発的に進む ＝不可逆
p82
20
力学的周囲
DSmech = 0
宇宙
DSuniv
= DS + DStherm+ DSmech
系
DS
DH
熱的周囲
DStherm
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．
21
重り ＝ 力学的周囲
DSmech = 0
系
系
p80 図5－13
22
力学的周囲
DSmech = 0
宇宙
DSuniv
= DS + DStherm+ DSmech
系
DS
DH
熱的周囲
DStherm
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．
23
エネルギーとエントロピーの関係
D S therm  D E therm / T   q / T
可逆変化の場合．．．
DS univ  0
D S   D S therm  q rev / T
さらに，定圧変化の場合．．．
D H  q rev
DS  DH / T
24
電池の本質は？
• 電池はなぜ電子の流れ（電流）を発生させる
ことができるのか？
25
「水池」による電池の説明
外部の回路を通じて，電子を放出しやすい物質
から電子を受け取りやすい物質に電子を移動
させるのが電池．
e－
ダニエル電池の場合
－極
Zn → Zn2＋ ＋ 2e－
＋極 Cu2＋ ＋ 2e－→ Cu
Cu
Zn
Zn2+ Cu2+
26
エネルギー
≒電子エネルギー
電気エネルギーは低エントロピー
Cu2＋ ＋ Zn
e－
Cu
Zn
2e－
Zn2+ Cu2+
Cu ＋ Zn2＋
Zn から Cu2＋ に直接電子を受け渡すと
単なる発熱反応！
27
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
28
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
29
G  H  TS
定温・定圧変化では．．．
DG  DH  TDS
D S univ  D S therm  D S
 DH / T  DS
 (DH  TDS ) / T
 DG / T
冊子p103
30
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． 31
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」
32
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
33
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
低温
＋
＋
－（小）
高温
－
＋
－（大）
34
液体が相分離するのはどういう場合か？
相分離
－
DG  DH  TDS
－
－（大）
＋
p106 図6－2
35
水と油が分離する理由
水素結合
―
＋
―
DG  DH  TDS
36
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）
37
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）
38
分子の向き（配向）の乱れ
39
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
40