1回目口頭報告課題答あわせ，第5章 9日目 12月 1日（金）第5章の続き

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12月22日（金） 2回目口頭報告課題答あわせ
1月12日（金）予備テスト
本日の課題（i-sys）：
•5章を読んで，感想・質問を書け．
•追加の演習問題（符号のみをi-sysで回答）．
1
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．
P30
図２－５
2
重り＝力学的周囲
全宇宙
（熱力学的世界）
＝系
＋熱的周囲
＋力学的周囲
系
恒温槽＝熱的周囲
3
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
全宇宙
DEuniv = 0
系
DE K
DE P
T
V
DE
DEel
化学反応
4
E  EK  EP  Eel
5
H
H
エネルギー
発熱
H－H
結合エネルギーと発熱
6
力学的周囲
P DV
系
全宇宙
DH
DE
熱的周囲
Ｐ５９図４－４
定圧過程では
q  DH
w  PDV
DH  DE  PDV
7
化学変化の進む方向は
どのようにして決まるのか？
8
9
＜ルシャトリエの原理＞ｐ６７
「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．
10
＜質量作用の法則＞ｐ６７
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．
11
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．
Ｐ６７～６８
12
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＞
全宇宙（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）
Ｐ６８
13
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．
Ｐ６８
14
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
Ｐ69
図５－１
乱雑さのない部屋のパターンは１通り
15
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）
・・・
Ｐ69 図５－2
少し乱雑な部屋のパターンは１０通り
16
とても乱雑な部屋
（本もごみも床に散らかっている）
・・・
Ｐ69 図５－3
とても乱雑な部屋のパターンは
１０×１０＝１００通り
17
＜エントロピー＞
Ｐ70
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．
18
Ｐ70 図５－4
S = k lnW
S とW の関係
0
1
W
19
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？
20
体積膨張
混合
p71 図５－５
p71 図５－６
21
蒸発，融解によりエントロピーは？
22
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）
p72 図５－７
23
分子の向き（配向）の乱れ
p72 図５－８
24
原子の運動エネルギーの増加により
エントロピーは？
25
Wエネルギー=1
Wエネルギー>>1
p73 図５－９
26
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
p70
27
熱エネルギーになるとエントロピー増加
化学結合エネルギー → 熱エネルギー
電気エネルギー → 熱エネルギー
光エネルギー → 熱エネルギー
力学的エネルギー → 熱エネルギー
28
発熱反応はなぜ自発的に進むのか？
29
Wエネルギー>>1
Wエネルギー=1
p74 図５－１０
30
31
ボールが低い場所で止まるのはなぜか？
p75 図５－１１
32
分子の運動
マクロな
物体の
運動
p75 図５－１２
33

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