原子で書いた文字「PEACE ’91

今後の予定
8日目 11月16日 口頭報告答あわせ,講義(5章)
9日目 11月30日 1~4章についての小テスト,講義(5章続き)
10日目 12月 7日 講義(6章)
11日目 12月14日 講義(6章の続き)
12日目 12月21日 講義(これまでの復習など)
13日目 1月 11日(金),12日(土) 口頭報告2回目
※ 1月12日(土)は1・2時限目,21522教室
試験対策講座(質問受け付け)
1月16日(水)5・6時限目,21501教室
14日目 1月18日(全学的には休講日) 予備テスト
15日目 1月25日 定期テスト
本日の課題
5章への感想・質問 (i-sysで提出)
1
ポテンシャルエネルギーと力の関係
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.
P32
図2-5
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4-2
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
V
DE
DEel
化学反応
4
分子の運動エネルギー
加熱

K, trans
3
 k BT
2
E  EK  EP  Eel
P38
図3-1
5
分子間ポテンシャルエネルギー
E  EK  EP  Eel
P39
図3-2
6
電子エネルギー
E  EK  EP  Eel
結合状態の水素分子
解離状態の水素分子
P40
図3-3・4
7
H
H
エネルギー
発熱
H-H
結合エネルギーと発熱
8
力学的周囲
P DV
系
宇宙
DH
DE
熱的周囲
P62 図4-4
H  E  PV
定圧過程では
DH  DE  PDV
q  DH
w   PDV
9
様々なエネルギーの値の比較 (p63)
•共有結合: 約500 kJ/mol → Eel
水素の燃焼熱: 約500 kJ/mol
•水素結合: 約20 kJ/mol → Ep
水の蒸発エンタルピー: 40 kJ/mol
•ファンデルワールス力: 約1 kJ/mol → Ep
アルゴンの蒸発エンタルピー: 6.5 kJ/mol
•PV仕事(300 K,1 atmで1 molの気体発生): 2.4 kJ/mol
•分子運動のエネルギー(300 K,RTの値): 2.4 kJ/mol
多くの場合
DH  DE  PDV  DE
10
エアコン(ヒートポンプ)のしくみ
冷房
圧縮機(ポンプ)
低圧
高圧
熱
熱
電気
エネルギー
室内:低温
室外:高温
膨張弁
11
エアコン(ヒートポンプ)のしくみ
暖房
圧縮機(ポンプ)
高圧
室内
低圧
熱
電気
エネルギー
熱
室内:高温
室外:低温
膨張弁
12
第5章 エントロピー
P69
化学変化の進む方向は
どのようにして決まるのか?
13
14
<ルシャトリエの原理> p69
「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.
15
<質量作用の法則> p69
H2 + I 2

2HI
2
[HI]
K
[H2 ] [I2 ]
・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.
16
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.
p69~70
17
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)
p70
18
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.
p70
19
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
p71
図5-1
乱雑さのない部屋のパターンは1通り
20
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)
・・・
p71 図5-2
少し乱雑な部屋のパターンは10通り
21
とても乱雑な部屋
(本もごみも床に散らかっている)
・・・
p71 図5-3
とても乱雑な部屋のパターンは
10×10=100通り
22
<エントロピー>
p72
S  k lnW
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.
23
P70 図5-4
S = k lnW
S とW の関係
0
1
W
24
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?
25
体積膨張
混合
p73 図5-5
p73 図5-6
26
蒸発,融解によりエントロピーは?
27
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)
p74 図5-7
28
分子の向き(配向)の乱れ
p74 図5-8
29