化学反応の方向

1. 化学反応などの変化について述べているのは，熱力学第２法則である，エントロヒ゜ー増大則である．変化は，全体のエントロピーが増大する方向に起こる．

   　ノート22において，ギブスの自由エネルギーを導入したが，これは，全体のエントロピーを，系の量に置き換えた関数である．

   全体のエントロピーとギブスの自由エネルギーは符号が反対なので，化学反応などの変化は，自由エネルギーの低下する方向に進む．

   　

2. 　水素と酸素が反応して，水が生成する，化学反応を例に見てみよう．　( 図　23.1)

   　

   　　

   　図　23.1　水素と酸素の燃焼による状態の変化

   　

   　反応の前と後を比較すると，

   　
   　

   1. 　系と外界の合計のエネルギー，すなわち，全エネルギーは変わっていない．

      　

   2. 　エネルギーの保持のされている場所が変わっている．

      　

   3. 　エネルギーの保持のされ方が変わっている．

      　

   　反応の結果，エネルギーの分布が多様化している．このことは，状態の数の増加であり，全体のエントロピーの増加になっている．

3. 　様々な計算に利用できる，標準モルギブス自由エネルギーが定められている．これは，各元素の安定な状態を基準とし，1　気圧で1モルの値を，0　としている．

4. 　水素と酸素から水が生成する化学反応について，ギブスの自由エネルギーの変化を求めてみる．ギブスの自由エネルギーの変化は，

   　ΔG　=　生成物のΔGの合計　-　反応物のΔGの合計

   　反応式は，

   　　　　　　2H₂ + O₂ -> 2H₂O

   ΔG　=　 (2 　x　ΔG _H2O )　-　(2 　x　ΔG _H2　+　ΔG _O2 )

   　標準モルギブス自由エネルギーの表から値を調べ，代入する．

   　ΔG　=　 (2 　x　-228.6 )　-　(2 　x　0　+　0 )　=　-457.2　kJ/mol　　

   　負の値であることから，反応は，自発的に進行することがわかる．この結果は，当たり前のように思うかもしれない．しかし，温度を上げていくと，ΔGの値が，正の値となり，反応の方向が逆になる．