原子で書いた文字「PEACE ’91

今後の予定
6日目 11月28日（木）講義（4章）
口頭報告課題発表
7日目 11月 3日（木）講義（4章～5章）
班で討論
8日目 11月10日（木）口頭報告
本日の課題
4章への質問・感想を書け．（i-sysで提出）
口頭報告課題を各個人で解け．
（レポート用紙に書いたものを次回の授業の最初に提出）
小テストよくある間違い
(1) マイナスの電荷とスチール缶：引力
(2) 水分子とシクロヘキサン分子：（弱い）引力
相分離するので反発力
(3) Cl‐とCl‐を近づける：エネルギー増加
近づけると反発力が大きくなるから
→ArとArを遠ざけるときには引力が小さくなるからポテン
シャルエネルギーは小さくなる？？
近づけると運動エネルギーが増えるから
(4) ArとArを近づける：エネルギー減少
(5) （磁力の）ポテンシャルエネルギー
→ 運動エネルギー → 熱エネルギー
最後はポテンシャルエネルギーになる
質問３－２
p43
H2（気体）＋ F2（気体）→ 2HF（気体）とい
う反応は，発熱反応か．それとも吸熱反
応か．ただし，各結合の結合エネルギー
は以下のとおりであるとする．
H－H： 432 kJ/mol
587 kJ/mol
F－F： 155 kJ/mol
H－F： 565 kJ/mol×2 = 1130 kJ/mol
ガウスライフル
鉄球磁石球２
状態 A
磁石球１
重力ポテンシャル
エネルギー
状態 B
運動エネルギー
状態 C
運動エネルギー
磁力のポテンシャル
エネルギー
磁石球どうしには強い引力がはたらいている．
磁石球と鉄球の間には弱い引力がはたらいている．
内部エネルギーの内訳
E  EK  EP  Eel
分子
電子
ポテンシャルエネルギー：EP
電子エネルギー：Eel
分子
運動エネルギー：EK
原子核
P44
図３－７
E  EK  EP  Eel
加熱
P38
図３－１
E  EK  EP  Eel
P39
図３－２
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
DE  DEK  DEP  DEel
系
DE
DEK

K, trans
3
 k BT
2
T により
変化
（Tに比例）
DEP
分子集合
状態に
より変化
DEel
化学反応
により
変化
P50
図３－１２
気体と接触した固体の分子運動
固体
気体
結晶中でも分子は振動運動
をしている．
固体
気体
3
 K, trans  k BT
2
例題１
Heガスを等温圧縮したときの内部エネルギー変化
は，正・負・ゼロのいずれか．分子論的理由も添えて
答えよ．ただし，Heガスは理想気体とする．
例題１
Heガスを等温圧縮したときの内部エネルギー変化
は，正・負・ゼロのいずれか．分子論的理由も添えて
答えよ．ただし，Heガスは理想気体とする．
系
0
0
0
DEK
DEP
DEel
T により
分子集合
状態に
より変化
化学反応
により
変化
変化
（Tに比例）
DE
0
例題１
Heガスを等温圧縮したときの内部エネルギー変化
は，正・負・ゼロのいずれか．分子論的理由も添えて
答えよ．ただし，Heガスは理想気体とする．
系
-
+
0
DEK
DEP
DEel
T により
分子集合
状態に
より変化
化学反応
により
変化
変化
（Tに比例）
DE
？
P49 質問３－３
「同じ温度の液体と気体を比べると，気体中の分子
の方が動き回れるスペースが広いので，
大きな運動エネルギーを持っている」？
 K, trans
1 2
 mv
2
3
 K, trans  k BT
2
スペースの広さと運動エネルギーは無関係．
気体中と液体中の分子運動の比較
気体中
スペースの広さと運動エネルギーは無関係．
液体中
P49
図３－１２
液体中では他の分子との衝突頻度は増すが，衝突頻度と運動エネ
ルギーは無関係．
温度が同じであれば分子の運動エネルギー（平均値）は液体と気
体で同じ．
「分子同士が衝突するとその衝撃
で発熱して，温度が上がる
（＝運動が活発になる）」？？
例題２
水が100℃で蒸発して水蒸気にな
るときの内部エネルギー変化は
正・負・ゼロのいずれか？
系
0
+
0
DEK
DEP
DEel
T により
分子集合
状態に
より変化
化学反応
により
変化
変化
（Tに比例）
DE
+
圧力とは？
圧力＝単位面積あたりにかかっている力
力Fが面積Aにかかっている場合，圧力Pは以
下のようになる．
P＝F／A
（３．８）
質問
問題１（質問３－５）
なぜ気体の圧力が発生するのか？
（＝気体の圧力の原因について分子論的に説明せよ）
気体のほとんどが真空なら簡単に押し縮めることができる
のでは？
問題２（質問３－６）
気体を加熱するとなぜ膨張しようとするのか？
問題３（質問３－７）
気体を圧縮するとなぜ圧力が高くなるのか？
もしも原子が見えたなら．．．
（ビーズの玉で分子を表す）
第4章エンタルピー
問題４（質問４－１）
断熱材で覆った体積一定の容器中で
水素ガスが燃焼すると，
内部エネルギーはどうなるか？
+
0
DEK
DEP
T
V
-
DEel
化学反応
系
DE
0
P57
質問４－２
内部エネルギーが変化するのは
どういう場合か？
外部とのエネルギーのやり取りがあるとき．
大気の重力エネルギー＝力学的周囲 (圧力一定)
圧縮
系になされ
た仕事：w
吸熱：q
ビーカー内の物質＝系
エネルギー変化：DE
P58 図４－１
周囲の物質すべて
＝熱的周囲 (温度一定)
DE  q  w
P57 式（４．１）
大気圧下での膨張による仕事
1 atm ≒ 1 kg重/cm2
気柱
気柱
系
系
P58
図４－２
重り＝力学的周囲
宇宙
系
恒温槽＝熱的周囲
P59 図４－３
P60 図４－５
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
宇宙
DEtherm
熱的周囲
DEuniv
= DE + DEtherm + DEmech
=0
DE  DEtherm  DEmech
w  DEmech
DE  q  w
q  DEtherm
なぜ？
Dとは？
なぜ？
P一定でないとき【参考】
P一定のとき
V2
DEmech  PDV
DE mech   PdV
V1
重り＝力学的周囲
宇宙
系
恒温槽＝熱的周囲
問題５
理想気体を断熱圧縮させると
温度はどうなるか？
• 圧縮しているのだから温度が下がる？
PV=nRT
問題５
理想気体を断熱圧縮させると
温度はどうなるか？
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv
力学的周囲 DEmech
w
系
q
DE
DEtherm
熱的周囲
宇宙
DEuniv = 0
系
DE K

DE P
DEel
K, trans
3
 k BT
2
T により
分子集合
変化
状態に
（Tに比例）より変化
電子
状態に
より変化
DE
重り＝力学的周囲
宇宙
系
恒温槽＝熱的周囲
P59 図４－３
断熱圧縮
おもりが下がると
力学的周囲の
エネルギー
（DEmech）は減少
エネルギー
の流れ
系
DEmech  PDV
系の内部エネルギーDEは増加

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