物質の状態 I

1. 物質の状態 I • １　物理量と単位 • ２　気体の性質 • ３　エネルギー • ４　自発的な変化 • 4-1エントロピー • 4-2自由エネルギー • 4-3　相転移の熱力学

2. ４-１　エントロピー 　S ○ 自発変化とエントロピー 自発変化　　DS > ０　？ 不可逆的なプロセス「覆水盆に返らず」

3. ４-１　エントロピー 　S ○ 自発変化とエントロピー ○ 熱力学第二法則 ① 孤立系の自発変化ではエントロピーが増大する。 (エントロピー増大則） ② 熱が低温物体から高温物体に自然には移動しない。 (クラウジウスの原理） ③温度一様の物体からとった熱を全て仕事に変えることはできない。（トムソンの原理） ④ 第二種永久機関はつくれない。 ⑤ 宇宙（最大の孤立系）のエントロピーは最大値に向かう。 ⑥ エントロピーは時間の矢である。

4. ４-１　エントロピー 　S ○ 統計学的なエントロピーの定義 ボルツマンの式  状態確率 （気体分子にエネルギーを分配させる方法の数） 1個の粒子を見つける確率＝ 1/5 ＝ 5 1個の粒子がマスに入る状態確率  状態確率 2個の粒子がマスに入る状態確率 ＝ 52 乱雑さを増す 3個の粒子がマスに入る状態確率 ＝ 53 α個の粒子が N個のマスに入る状態確率 ＝ Nα

5. ４-１　エントロピー 　S ○ 熱力学的なエントロピーの定義 もともと熱い物体は 乱雑な熱運動をしている。 「可逆的に熱として移動したエネルギー q を系の温度 T で割った値を DS」 (JK-1) q w

6. ４-１　エントロピー 　S ○ エントロピー変化　DS 4-1-1　相転移によるエントロピー変化 4-1-2　体積変化によるエントロピー変化 4-1-3　温度変化によるエントロピー変化

7. ４-１　エントロピー 　S 4-1-1　相転移のエントロピー変化 （圧力一定）

8. ４-１　エントロピー 　S 4-1-1　相転移のエントロピー変化 相転移が起こるには， 孤立系では

9. ４-１　エントロピー 　S 4-1-2気体の等温可逆膨張とエントロピー変化 V1 V2 気体が膨張すると V2/V1 > 1 なので，DS >0 ↓ 膨張するほど分子が動く空間が広まり，乱雑さが増える。 （例）気体１モルが任意の温度で3倍に膨張すれば， ①エントロピー増大則

10. ４-１　エントロピー 　S 4-1-３　温度変化に伴うエントロピー変化 （圧力が一定） ② 熱が低温物体から高温物体に自然には移動しない。 (クラウジウスの原理）

11. ここで，実際の温度変化に伴うエントロピー変化を考えてみよう。ここで，実際の温度変化に伴うエントロピー変化を考えてみよう。

12. 4-1-３　温度変化に伴うエントロピー変化 DS > ０ 自発的変化

13. 4-1-３　温度変化に伴うエントロピー変化 自発的変化？ 周辺空気（室温20℃）には， 75.3  (100 - 20) Jの熱が流れ込む。 DS > ０ （系） （外界） 自発的変化

14. ４-１　エントロピー 　S 4-1-３　温度変化に伴うエントロピー変化 ② 熱が低温物体から高温物体に自然には移動しない。 (クラウジウスの原理）

15. ４-１　エントロピー 　S ③ 温度一様の物体からとった熱を 全て仕事に変えることはできない。　 　　　　　　　（トムソンの原理） ④ 第二種永久機関はつくれない。 w qh カルノーサイクル

16. ４-１　エントロピー 　S 4-1-4　 カルノーサイクル オットーエンジン 燃費　→　熱効率 1 吸気 2 圧縮・点火 3膨張 4 排気

17. ４-１　エントロピー 　S 4-1-4　 カルノーサイクル w qh

18. ４-１　エントロピー 　S 4-1-4　 カルノーサイクル w qh 熱機関の効率は 決して 100％ にならない。 ③温度一様の物体からとった熱を全て仕事に変えることはできない。 　　　　　　　　　　　　　　　　（トムソンの原理） ④ 第二種永久機関はつくれない。

19. ４-１　エントロピー 　S 4-1-５熱力学第三法則 ① T = 0 K に近づくにつれて，純物質のエントロピー変化はゼロに近づく。 ② T = 0 K で完全結晶だけが S = 0になる。 ③ T = 0 K に到達するのは不可能である。 （ネルンストの熱定理） 第三法則エントロピー（絶対エントロピー） として求められたエントロピー

20. ○ 標準モルエントロピー（第三法則エントロピー）

21. ４-１　エントロピー 　S 4-1-6　自発変化の方向 ⑤ 宇宙（最大の孤立系）のエントロピーは最大値に向かう。 ⑥ エントロピーは時間の矢である。 雪の結晶形成 秩序が生まれる。 ∥ S は減少する。? BUT 雲の中では， 　　　　　　　　　周囲の大量の水滴が蒸発， 　　　　　　　　　気相に相転移する。 ∥ Sは増大する。

22. 自発変化とエントロピーの関係は理解できましたか?自発変化とエントロピーの関係は理解できましたか? それでは問題を解いてみましょう。

23. 問１　エントロピーに関する記述の正誤　 大きく 不可逆過程 DS > q/T

24. 問２　エントロピーに関する記述の正誤　 DS = RlnV2/V1 DS = CplnV2/V1 変化の過程によらず常に一定

25. 問３　熱力学量に関する記述の正誤　 熱力学第二法則 最大 必ず増大する

26. 問４　熱力学に関する記述の正誤　 絶対零度 1より小さい 0 J K-1 mol-1より大きな有限の値

27. 物質の状態 I • １　物理量と単位 • ２　気体の性質 • ３　エネルギー • ４　自発的な変化 • 4-1　エントロピー • 4-2　自由エネルギー • 4-3　相転移の熱力学

28. ４-2　自由エネルギー 　 ○ DS　自発変化の方向 系が吸収する熱量を　　　　とすると， 定圧変化では， ○ G　ギブズ自由エネルギー

29. ４-2　自由エネルギー 　 4-2-1ギブズ自由エネルギー （定圧下） Enthalpy H （全エネルギー） Gibbs enerugy G （利用できるエネルギー） T S （利用できないエネルギー） DG < ０：状態A → 状態Bの反応が自発的に起こる。 DG = ０：系は平衡状態にある。 DG > ０：状態B → 状態A の逆反応が自発的に起こる。

30. ４-2　自由エネルギー 　 4-2-2　 ヘルムホルツ自由エネルギー （定容下） DA< ０：状態A → 状態Bの反応が自発的に起こる。 DA = ０：系は平衡状態にある。 DA > ０：状態B → 状態A の逆反応が自発的に起こる。

31. 熱力学関数のまとめ　

32. ４-2　自由エネルギー 　 4-2-3 反応の自発変化の方向

33. ４-2　自由エネルギー 　 ○ 標準生成ギブズエネルギー 基準状態にある構成元素から 1 mol の物質を生成するときの 標準反応ギブズエネルギー ○ 標準反応ギブズエネルギー 標準状態（1 bar）での反応に伴うギブズエネルギー変化 では、CO2の標準反応ギブズエネルギーを求めてみましょう。

34. ４-2　自由エネルギー 　 CO2は以下の反応から 標準反応ギブズエネルギーは ↓ ＝0 ↓ ＝0 つまり、 CO2の標準生成ギブズエネルギーは、 CO2生成の標準反応ギブズエネルギーと一致する。

35. ４-2　自由エネルギー 　 4-2-4　 ギブズエネルギーの温度と圧力による変化 ○ 温度，圧力依存性 ○ 定圧（　　　　　　）であれば， G は温度上昇に伴い減少する。 ○ 定温（　　　　　　）であれば， Gは圧力上昇に伴い増加する。

36. ４-2　自由エネルギー 　 4-2-4　 ギブズエネルギーの温度と圧力による変化 S（固体） ＜ S（液体） ＜ S（気体） 温度が上昇すると，固体→液体→気体 と相転移する。

37. 物質の状態 I • １　物理量と単位 • ２　気体の性質 • ３　エネルギー • ４　自発的な変化 • 4-1　エントロピー • 4-2　自由エネルギー • 4-3　相転移の熱力学

38. ４-3　相転移の熱力学　 ○ クラペイロンの式 ： 相境界の傾きを表す式 相境界上では、２つの相（ α 相と β 相） は平衡状態である。

39. ４-3　相転移の熱力学　 ○ クラウジウス-クラペイロンの式 ： 液体-気体の相境界 クラペイロンの式

40. それでは、最後の問題です。あと ちょっと！

41. 問５定温定圧の閉じた系でのギブズエネルギーに関する記述の正誤問５定温定圧の閉じた系でのギブズエネルギーに関する記述の正誤 減少 エンタルピー駆動 G = H- S T

42. 問６　ギブズエネルギーに関する次の記述の正誤問６　ギブズエネルギーに関する次の記述の正誤 H = U + p Vであるから，圧力と温度による影響を受ける。 減少する DH < 0 かつDS > 0 DG = R Tlnp2/p1

43. 問７　熱力学に関する次の記述の正誤 予測可能 q は経路の変化により変わる。 系と外界との総和エントロピー変化 熱効率

44. 【理論問題】第98回 　問91　熱力学に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。1つ選べ。

45. 【理論問題】第98回 問93　式は、相転移温度と圧力の関係を表したクラペイロンの式である。相転移に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。 p :圧力、T：温度、DtrsH：相転移に伴うエンタルピー変化 DtrsV：相転移に伴う体積変化

46. 熱力学はこれでおしまい！！！！理解できましたか?熱力学はこれでおしまい！！！！理解できましたか?