薬剤師国家試験出題項目

エントロピー

1 自発的変化(自然に起こる変化)

自発的変化の例を以下に示す。
・水にインクを垂らすとインクが全体に拡がる。
・気体を入れた容器と真空の容器を連結させると、気体を入れた容器から真空の容器へ気体が拡がる。
・熱いものを冷水に浸すと、熱いものは冷え、冷水は暖かくなる。 など
上記のように、自然に進行する変化を自発的変化といい、均一化、もしくは静止の状態(平衡状態)へと反応が進行する。


2 自発的変化と乱雑さ(エントロピー)

自発的変化の詳細を考えるにあたり、等温過程において、気体の入った容器と真空の容器を連結させた場合について考えてみる。気体の入った容器を真空の容器を連結させると、気体は徐々に真空の容器に拡がっていく。この反応では、気体分子は真空容器へ乱雑に散らばる。このことから、自発的な変化は物質が乱雑に散らばろうとする傾向がある。この分子が乱雑に散らばることを指標化したものが「エントロピー(乱雑さ)」である。自発的な反応を考えるにあたっては、乱雑さ(エントロピー)を考慮する必要がある。


3 エントロピー変化量

エントロピー変化量(ΔS)は、以下の式で表される。

ただし、qは流入した熱、Tは絶対温度とする。この式より、流入した熱が大きほど、乱雑さの変化量は大きくなり、温度が低いときほど乱雑さの変化量が大きくなる。

1)様々な物理過程に伴うエントロピー変化量
① 温度上昇によるエントロピー変化量

② 相変化に伴うエントロピー変化量
相転移を伴うエントロピー変化については、相転移に伴うエンタルピー変化量と温度により求めることができる。


4 状態関数としてのエントロピー

 エントロピーは下記に示す条件を満たしており、状態関数として取扱うことができる。

・状態(温度や体積、圧力など)が決まれば、その状態では必ず決まったエントロピーとなる。

・状態変化する際、そのエントロピー変化量ΔSは終状態のエントロピーと始状態のエントロピーの差により求められ、反応経路によらず一定の値を示す。

◇関連問題◇
第101回問91、第103回問1

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