今後の予定
11日目 12月 2日 講義(6章の続き)
2回目口頭報告課題の発表
2回目小テストを再度解いて班で討論
12日目 12月 9日
13日目 12月16日
14日目 1月13日
15日目 1月20日
16日目 1月27日
講義(6章の続き),班で討論
2回目口頭報告
2回目口頭報告の答あわせ,エンジンの効率
小テスト,まとめ
定期テスト
本日の課題 6章への感想・質問 (i-sysで提出)
口頭報告が終了していない人は授業終了後に相談に来ること.
1
2
小テスト2回目 解答
(1) 定温・定圧,H2O(液体)→ H2O(固体). q  w
① DEK :0
② DEP :-
③ DE :-
④q :-
(2) 定温・定圧, 2HF(気体) → H2(気体)+F2(気体) .
DH >0,理想気体.
①DEtherm:-
②DEmech:0
③ DE :+
④DEel:+
(3) 断熱・定積,エチレン(気体)→ポリエチレン(固体).
DEel<0.
① DE : 0
② DT : +
3
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
DEmech
DEtherm
系 DE
系=現在注目している部分
恒温槽 = 熱的周囲
P59 図4-3
4
力学的周囲 DEmech
w
系
系
q
DE
熱的周囲
DE P
DEel
DE  q  w
w   PDV
q  DH
DH  DE  PDV
K, trans
3
 k BT
2
DEuniv = 0
定圧過程では
DE
DE K

DEtherm
宇宙
T により
変化
(Tに比例)
分子集合
状態に
より変化
化学反応
により
変化
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
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.
7
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」
8
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?
具体例 CaCO3 (固体) → CaO(固体)+ CO2 (気体)
+
+
DG  DH  TDS
低温
+
+
-(小)
高温
-
+
-(大)
T は絶対温度.
T とDT は違う.
9
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
-(大)
+
DG 符号の決め方
• 自発性より
• DG=DH-TDSより
10
水と油が分離する理由
水素結合
―
+
―
DG  DH  TDS
11
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?
H2O (固体) → H2O (液体)
+
+
DG  DH  TDS
低温
+
+
-(小)
高温
-
+
-(大)
12
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)
13
分子の向き(配向)の乱れ
14
なぜ氷は0℃で融解するのか?
G  H  TS
G
沸点も同様に議論できる.
結晶
液体
融点
T
15
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 16
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.
17
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?
待ち時間が十分でない場合.
ただし,宇宙の年齢より長く待たないといけないかも!
冊子p107 質問6-3 18
過冷却液体の結晶化
G  H  TS
G
過冷却液体
結晶
「過熱」は起こらない
液体
融点
T
19
エコカイロ
酢酸ナトリウム水溶液 ⇒ 酢酸ナトリウム三水和物(結晶)
G
過冷却液体
結晶
G  H  TS
「過熱」は起こらない
液体
融点
T
20
砂糖を加熱すると,どうなるか?
加熱したものを冷やすと,どうなるか?
21
砂糖を加熱すると,どうなるか?
加熱したものを冷やすと,どうなるか?
ガラス
G
G  H  TS
×
過冷却液体
結晶
液体
融点
p109 図6-5
T
22
卵を加熱すると固まるのはなぜか?
DG  DH  TDS
23
タンパク質の変性
変性状態
天然状態
24
卵を加熱すると固まるのはなぜか?
G  H  TS
G
天然状態
変性状態
変性温度
T
25
料理は化学だ!
26
安定な状態は条件によって変わる
常識や社会のシステムも同じ?
G
G  H  TS
結晶
液体
融点
T
27
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11日目