熱力学は、温度と熱の変化の結果として発生するエネルギー変化の研究です。エントロピーは、システムの予測不可能性または一般的な無秩序の測定値です。 1850 年、ルドルフ・クラウジウスというドイツの物理学者がこの仮説を提唱しました。熱力学の観点からエントロピーを見るとき、システムの小さな特性は考慮しません。一方、エントロピーは、温度、圧力、エントロピー、熱容量などの熱力学的パラメーターの観点からシステムの動作を特徴付けるために使用されます。この熱力学的記述では、系の平衡状態が考慮されました。
エントロピーまたはエントロピー変化の値は、熱力学系に存在する物質に依存するため、エントロピーは文字「S」で示されます。エントロピーは、完全な熱伝達の概念に疑問を投げかける魅力的な概念です。熱力学第二法則の再解釈に役立ちます。
エントロピーは自発性に関連しています。つまり、熱力学的プロセスの無秩序度が高いほど、エントロピーは高くなります。エントロピーとは簡単に言えば、どれだけのエネルギーが労働に変換されず、代わりにシステムの無秩序に追加されるかを示します。エネルギーは労働を引き受ける能力を提供するため、すべてのエネルギーを仕事の遂行に費やすことは本質的に不可能です。エントロピーはこれを測定する指標です。
熱力学の法則では、エネルギーは発生したり破壊されたりすることはなく、ある形態から別の形態に変化する可能性があるため、エントロピーは 1 点で表すことはできず、変化として測定する必要があります。これが、エントロピー変化が計算される理由です。
エントロピー変化
熱またはエンタルピーの仕事への変換に関連する熱力学系の無秩序状態の変化は、エントロピー変化として知られています。エントロピーは、無秩序性の高いシステムで高くなります。エントロピーは状態関数因子です。つまり、その値は熱力学的プロセスの経路とは無関係であり、システムの開始状態と最終状態の決定要因のみです。化学反応におけるエントロピーの変化は、原子と分子の再配置によって引き起こされ、システムの初期順序が変化します。これにより、システムのランダム性が増減し、エントロピーが増減する可能性があります。
エントロピー式熱力学の変化
熱力学系のエントロピー変化は ΔS で表されます。エントロピー式の変化を使用して、化学反応またはシステムのエントロピー変化を計算できます。
ΔS =(Q/T)rev
温度
Q 熱力学系への、または熱力学系からの熱伝達
T は絶対温度です。
SI 単位のエントロピー変化は J/Kmol です。
例:水の蒸発のエントロピーは、蒸発熱を沸点 (摂氏 1000 度または華氏 373 度) で割ることによって推定できます。
相転移中のエントロピー変化
融合のエントロピー
固体が液体に溶け始めると、エントロピーが増加します。位相シフトでは、分子の動きの自由度が増すにつれてエントロピーが増加します。
融解エントロピーは、融解エンタルピーを融点 (融解温度) で割って計算されます。
ΔfusS=ΔfusH / Tf
関連するギブズ自由エネルギーの変化が負の場合、相転移 (融合など) などの自然現象が発生します。
ΔfusS はほぼ常に正です。
例外:0.3 K 未満の温度では、ヘリウム 3 は負の核融合エントロピーを持ちます。 0.8 K 未満では、ヘリウム 4 の核融合エントロピーはわずかに負です。
蒸発のエントロピー
気化のエントロピーは、液体が蒸気に変化するにつれてエントロピーが増加する状況です。これは、分子の運動性が高まり、動きがランダムになることが原因です。
蒸発エンタルピーを沸点で割ると、蒸発エントロピーが得られます。次のように表現できます。
ΔvapS=ΔvapH / Tb
化合物の形成の標準エントロピー
標準状態の元素から標準状態の化合物が 1 モル生成されると、エントロピーが変化します。
自発性
環境が正であるため、発熱反応が自然に発生し、全体が正になります。
ΔSsystem は正であり、ΔSsurroundings は負ですが、ΔS 全体が正であるため、吸熱反応は自発的です。
自由エネルギー変化基準は自発性を予測するためのエントロピー変化基準よりも適しています。前者はシステム内の自由エネルギー変化のみを必要とするのに対し、後者は周囲とシステムの両方でエントロピー変化を必要とするからです。
ネゲントロピー
それはエントロピーの正反対です。物事がより組織化されつつあることを暗示しています。 「秩序」という用語は、何かの組織、構造、および機能を指します。それはカオスやランダム性の正反対です。
太陽系などの恒星系はネゲントロピーの一例です。
エンタルピー
熱力学的システム/環境におけるエネルギーの測定はエンタルピーです。システム内の総熱量はエンタルピーであり、実際にはシステムの内部エネルギーに体積と圧力の積を加えたものに等しくなります。
エンタルピーは、システムを作成するために必要な内部エネルギーの総量と、その圧力と体積を確立し、その周囲を変位させることによってシステムのためのスペースを作るために必要なエネルギーの量を表す専門用語です.
発生した熱 (吸収または放出) は、プロセスが一定の圧力で開始されたときのエンタルピーの変化に等しくなります。
H=U+PV
エンタルピーは、状態関数 P、T、および U から完全に構成される状態関数と考えることもできます。通常、エンタルピーは、初期状態と最終状態の間のプロセスのエンタルピー (H) の差によって示されます。
ΔH=ΔU+ΔPV
操作全体で圧力と温度が変化せず、タスクが圧力と体積に限定されている場合、エンタルピーの変化は次の式で与えられます。
ΔH=ΔU+PΔV
次の式によると、プロセス内の一定圧力での熱の流れ (q) は、エンタルピーの変化に等しくなります。
ΔH=q
q が吸熱性か発熱性かを知ることは、q と H の関係を定義するのに役立ちます。
結論
自然界では、システムは混沌や予測不可能性を増大させる傾向があります。宇宙が無秩序または予測不能に向かって移動する傾向は、エントロピーとして知られています。エントロピーの変化がゼロであるため、断熱プロセスは一定のエントロピーを持ちます。熱力学系の内部エネルギーとその圧力と体積の積の合計はエンタルピーと呼ばれます。エンタルピーは、エネルギーの次元を持つエネルギーに似た属性または状態関数であり (したがって、ジュールまたはエルグで測定されます)、その値は、システムの履歴ではなく、温度、圧力、およびシステムの組成によって完全に決定されます。
