今後の予定 10日目 12月 4日 講義(5章続き,6章), 2回目口頭報告課題の発表 → 宿題 11日目 12月11日 講義(6章の続き) 12日目 12月18日 2回目口頭報告 13日目 1月 8日 口頭報告(2)の答あわせ,まとめ 14日目 1月15日 予備テスト 15日目 1月22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(次回の授業で提出) 1 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4-3 3 力学的周囲 DEmech w 系 q DE DEtherm 熱的周囲 宇宙 DEuniv = 0 系 DE K DE P T 分子集合 状態 DE DEel 化学反応 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 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 6 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 7 8 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 = DS + DStherm >0 なら自発的に進行. 9 重り = 力学的周囲 DSmech = 0 系 系 p80 図5-13 10 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 = 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. S が 減少しても,それ以上にStherm が増加すれ ば,自発的に進行. 11 エネルギーとエントロピーの関係 DS therm DEtherm / T q / T 可逆変化の場合... DS univ 0 DS DS therm qrev / T さらに,定圧変化の場合... DH qrev DS DH / T 12 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 13 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 14 G H TS 定温・定圧変化では... DG DH TDS DS univ DS therm DS DH / T DS (DH TDS ) / T DG / T 冊子p103 15 DS univ DG / T T 0 自発変化では DG 0 DS univ 0 冊子p103-104 16 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. 17 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」 18 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 19 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 20 液体が相分離するのはどういう場合か? 相分離 DG DH TDS p106 図6-2 21 水と油が分離する理由 水素結合 ― + ― DG DH TDS 22 疎水性水和 P17 図1-25 DG DH TDS 23 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? DG DH TDS 24 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) 25 分子の向き(配向)の乱れ 26 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 27 定温定圧条件下で自由エネルギー 最低の状態(熱力学的な最安定状態) が実現しないことがありえるか? ありえるとすれば,どのような場合か? 冊子p107 質問6-3 28 触媒 活性化エネルギーが高すぎて 熱力学的な再安定状態が実 現しないことがある. 触媒は活性化エネルギーを 変化させる. 始状態 終状態 始状態と終状態は変わらない. 29
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