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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.
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