自発的な変化に関わる熱力学的関数

化学反応や物理変化が「自然に起こるかどうか」を見極めるには、エンタルピー（H）、エントロピー（S）、ギブズエネルギー（G）という3つの熱力学的量の理解が不可欠です。

ここでは、それぞれの意味と関係式をわかりやすく整理します。

1. エンタルピー（H）とは？

エンタルピーとは、定圧条件下での熱（q）の出入りを表す量です。

熱力学第一法則：ΔU＝q＋w＝q－pΔV

定圧条件下（p一定）では、ΔH＝qとなり、ΔU＝ΔH－pΔVが成立します。

定圧条件で加えた熱（q）は、系のエンタルピー変化（ΔH）に等しいということです。

• ΔH > 0：吸熱過程（系が熱を吸収）

• ΔH < 0：発熱過程（系が熱を放出）

2. エントロピー（S）とは？

エントロピーは、乱雑さの度合いを数値化したものです。
固体 → 液体 → 気体 のように分子が自由になるほど、エントロピーは増加します。

たとえば、融解・蒸発・混合などの過程ではエントロピーが増えます。

エントロピーの変化量（ΔS）は次の式で表されます

ΔS＝q/T

※Tは絶対温度（K）、qは可逆過程における熱の出入り量です。

3. ギブズエネルギー（G）とは？

ギブズエネルギーは、系が持つエネルギーの中で外部に対して仕事をする能力を表す指標です。

G=H－T・S

エンタルピー（H）とエントロピー（S）を組み合わせた式で、温度（T）の影響も加味されます。

ギブズエネルギーの変化量（ΔG）：

定温・定圧条件下では、次の式が成り立ちます。

ΔG=ΔH－T・ΔS

4. 自発的な変化を見分けるには？

反応が自発的に進むかどうかは、ΔGの符号を見ることで判断できます。

まとめ：3つの量の関係を整理

自然に起こる変化は「エネルギーを減らし、エントロピーを増やす」方向に進む。
この原則を数式で表したのがギブズエネルギーなのです。

今後、化学反応の平衡やエネルギー変化を学ぶ上で、これらの概念は非常に重要になります。

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