化学に関するなんでもブログ

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しばらく休業します

はたして、このブログを見に来てくださっている方がいらっしゃるのかは疑問ですが・・・。

最近英語の勉強をしていて、化学の勉強は完全に滞っています。
今度のTOEICを受験する予定なので、それまでは英語一本で行こうと思います。
なので、しばらくこのブログは休業することになります。。

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①定圧等温反応の方向
このような系のエントロピーまで含めた全エネルギー変化はギブズエネルギーGで与えられる。
定圧等温反応はギブズエネルギーが減少する方向で進行する。

②定容等温反応の方向
定容等温反応の方向はヘルムホルツエネルギーが減少する方向で進行する。

③断熱反応の方向
断熱反応は外界と熱、エネルギーのやり取りがないため、エネルギー変化が無い＝エンタルピーHも内部エネルギーUも常に一定＝ΔHもΔUもゼロとなる。
↓
反応の方向を決定するものはエントロピーのみとなる。

断熱変化はエントロピーが増加する方向に進行する。

全てを包み込んだ宇宙を考えると、これは一つの断熱系となる。
したがってそこで起こる変化はエントロピーを増大させることとなり、宇宙に変化がある限り宇宙のエントロピーは増加し続ける。

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ギブズエネルギーとヘルムホルツエネルギー

反応とエネルギー、エントロピーの関係を参照。

①ギブズエネルギー
定圧反応において、エンタルピーはΔHだけ減少し、エントロピーはΔSだけ減少したとする。
このとき、ΔSに相当するエネルギーはTΔSである。

反応は本来エントロピーが増大する方向に起こるので、エントロピーの減少は反応にとって不利であるため、このエントロピー減少分のエネルギーを補ってやる必要がある。
よって、エンタルピー減少で放出されるエネルギーのうち、エントロピー減少分のエネルギー分が減少する。
このことを式で表すと以下のようになる。

ΔG＝ΔH-TΔS

上記の式で表されるエネルギーをギブズエネルギーという。

②ヘルムホルツエネルギー
定容反応ではヘルムホルツエネルギーAが定義される。

ΔA=ΔU-TΔS

ギブズエネルギーのΔHを内部エネルギー変化ΔUに置き換えた式である。

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反応とエネルギー、エントロピーの関係

①化学反応はエントロピーの増加する方向に進行する。
②化学反応は内部エネルギーの低下する方向に進行する。
(定圧変化の場合、エンタルピーの低下する方向に進行する)

では、例えば、エントロピー的には不利、エネルギー的には有利な反応の場合、
結局反応はどちらに進行するのだろうか？
↓
エントロピーの単位はJ/Kmol、エネルギーはJ/mol、このままでは両者を比較することはできない。
↓
エントロピーの式、ΔS＝ΔQ/Tより、ΔQ=ΔS×Tの単位はJ/molとなる。
熱量ΔQはエネルギーと同じものであるため、この関係を使えばエネルギーとエントロピーを同じ次元で扱うことができる。

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標準エントロピーと標準生成エントロピー

①標準エントロピー
熱力学第三法則より、物質のエントロピーは絶対零度で0になる。
よって、物質のある温度でのエントロピーの絶対値を知ることができる。
この点は絶対値を知ることが不可能であり、その変化分しか知ることのできない内部エネルギーやエンタルピーとは違っている。

物質の標準状態でのエントロピーを標準エントロピーという。

②標準生成エントロピー
ある分子を、その分子を構成する原子の単体から作るとき、その反応に伴うエントロピー変化を生成エントロピーという。

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熱力学第三法則

熱力学第三法則

固体の温度を下げていくと分子運動は穏やかになり、絶対零度では分子は全ての運動を止めてしまう。
このような状態では乱雑さはゼロであり、取り得る状態の数、出現確率は1である。
したがってエンタルピーは定義式S=Rln1=0となる。

絶対零度の物質のエントロピーはゼロである。
このことを、熱力学第三法則という。

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エントロピーと状態変化

エントロピーと状態変化

気体：
気体状態の分子は激しく飛び回り、分子の内部でも結合の振動、回転が起こっている。
分子間距離は非常に大きくなり、分子が占めることのできる範囲も大きくなる。
このため、三態の中で気体の持つエントロピーは最大となる。

液体：
液体では分子運動は穏やかになり、分子間距離はおよそファンデルワールス半径程度になり、
分子は互いに位置を交換するようにして移動する。
したがって、エントロピーは気体状態に比べて小さくなる。

固体：
固体状態では分子は移動しない。そのため、エントロピーは非常に小さくなる。

エントロピーは気体＞液体＞固体の順で小さくなる。

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