エントロピーは、ランダム性の状態または無秩序の尺度を測定します。これは、無秩序または不確実性の状態を計算するのに役立つ重要な科学的概念です。相転移中のエントロピー変化は、相がより高い内部エネルギーに向かって転移するときに増加します。しかし、相転移中のエントロピー変化は、変化によって内部エネルギーが低下すると減少します。相が変化すると、分子のランダム性または組織化が変化するため、全体的なエントロピーに影響を与えます。相転移の間、一定のままの温度はエントロピーに影響を与えます。熱伝達は、一定の相転移温度で可逆的です。このトピックには、相転移ノート中の包括的な情報とエントロピー変化が含まれます。
相転移中にエントロピー変化が起こるのはなぜですか?
分子は、固体、液体、および気体の状態で存在します。各状態にはエントロピーがあり、それは位相の種類に基づいて変化し、エントロピーのレベルは位相に基づいて変化します。
- 固体は分子が規則正しく並んでいるため、密集しています。固体の乱れのレベルが低いため、エントロピーが最も低くなります。
- 液体は自由流動性ですが、容易に分散しません。ただし、固体のように密集していないため、固体よりもエントロピーが高くなります。
- 気体は容易に分散するため、分子のランダム性または乱れが高度に発生します。ランダム性のレベルが高いほど、すべてのタイプの分子と比較してエントロピーが最も高くなります。
したがって、固体から気体へ、およびその逆の相転移中にエントロピー変化があることがわかります。固体から気体への状態の変化があると、エントロピーのレベルが徐々に増加します。ただし、気体から固体に状態が変化すると、エントロピーのレベルが低下します。
熱力学におけるエントロピー
エントロピーは熱力学的に説明でき、主に熱力学の 3 つの法則に関連しています。熱力学は、熱とさまざまな形態のエネルギーとの関係を示すのに役立つ物理学の重要な分野です。あらゆる形態のエネルギーと、ある形態から別の形態への伝達方法との関係を確立するのに役立ちます。相転移中のエントロピー変化は、エネルギーがランダム無秩序の増加によりある相から別の相に移動する際に熱力学的に示されます。
- 熱力学の第一法則によれば、エネルギーは破壊も生成もされませんが、ある形態から別の形態に変化する可能性があります。したがって、相転移がある場合、エントロピーの急増につながります。これは、ガス生成物のモル数が反応物に比べて増加するためです。
- 熱力学の第 2 法則によると、仕事への熱伝達はエネルギーを犠牲にしてのみ行われます。したがって、仕事への熱の移動により、エントロピー レベルが継続的に急上昇します。
- 熱力学の第 3 法則によると、固体結晶の温度が絶対温度になると、エントロピーがゼロになります。したがって、フェーズが完全な順序である場合、エントロピーはゼロに向かって移動します。
相転移時のエントロピー変化、自由エネルギー変化
- 温度が上昇すると、分子のランダムな動きが増加するため、エントロピー率が増加します。
- 相転移中のエントロピー変化は、相の融解が起こると内部エネルギー変化が大きくなるため増加します。ただし、相がより低い内部エネルギーに向かっている場合、システムのエントロピーが減少し、気体または液体から固体への相の遷移につながります。
- 相転移が準統計的に発生する熱力学的平衡では、システムと周囲の全エントロピー変化はゼロです。
自由エネルギーは、仕事の実行を助ける熱力学系の内部エネルギーです。ギブスの自由エネルギーは、一定の圧力と温度でシステムに変換されるエネルギーです。したがって、次の式で表されます:
G =H – TS
ここで、G はギブスの自由エネルギーです
H はエンタルピーです
T は温度です
S はエントロピーです
相転移がある場合、システムは体積変化ごとに大量のエネルギーを放出または吸収します。したがって、熱と温度が上昇すると、分子の乱れが増加し、エントロピーが増加します。熱エネルギーが増加すると、運動エネルギーが増加し、分子間の結合力が壊れます。
結論
相転移ノート中のエントロピー変化は、相が変化したときにエントロピーがどのように変化するかについての包括的な情報を提供します。固体から気体への相変化があるため、エントロピーの増加につながります。立体は規則正しく配置され、コンパクトです。したがって、分子の乱れが少ないです。したがって、エントロピーは低いです。液体は固体よりもエントロピーが高く、気体よりもエントロピーが低くなります。エントロピーは相転移中に変化します。固体が気相に変換されると、エントロピーの割合が増加します。エントロピーは、熱力学的に説明できる概念であり、ある形態のエネルギーから別の形態のエネルギーへの変換がエントロピーにどのように影響するかです。
