Moneytizerによる広告を掲載しています。純物質の完全結晶のエントロピーが0K(絶対零度)でゼロとなる法則を熱力学第三法則といいます。0}S(T)=0・・・(1)$$式で表すと、(1)式のようになり、温度を0Kまで近づけるとエントロピーはゼロに近づくと言い換えることもできます。純物質:混合物だと混合エントロピーが発生するため完全結晶:不完全な結晶だと分子の配列の乱れに伴うエントロピーが発生するため以上の理由からです。この法則は物質の種類によらず成り立つため、化学反応のように物質の種類が変化するような状態でもエントロピーの大小が比較でき、自発変化の方向がわかります。当ブログではエントロピーを主に熱力学的な観点から扱っています。一方で、エントロピーには統計力学的な定義も存在し、(2)式で表されます。$$S=k・{\rm{ln}}W・・・(2)$$k:ボルツマン定数W:個々の原子・分子の位置やエネルギーを配置する仕方の数(場合の数)ここで、0Kにおける純物質の完全結晶の配置の仕方の数Wについて考えてみます。運動エネルギーは1自由度あたりkT/2で表されますから、0Kにおける運動エネルギーはゼロとなります。よって、物質の構成原子は振動もせず格子点にとどまった状態になります。純物質の完全結晶ですから、格子欠陥がなく全ての格子点を同じ原子が埋める状態となります。この場合の原子の配置の仕方は一通りしかないので、W=1となり、(2)式からエントロピーS=0となることがわかります。このように熱力学第三法則は統計力学的な定義から導くことができます。エントロピーの絶対値エンタルピーHやギブス自由エネルギーGは絶対値についてはあまり意味を持たず、議論する際は必ず変化量ΔH、ΔGを使用します。一方で、エントロピーは絶対値で議論することができます。これは、エンタルピーやギブス自由エネルギーが共通の基準を持たないのに対して、エントロピーは熱力学第三法則より0Kがエントロピーゼロという絶対基準を持っているからです。ある気体の任意の温度TにおけるエントロピーS(T)は、融解熱ΔHfus、蒸発熱ΔHvap、定圧比熱Cpを利用して、$$\begin{align}S(T)&=\int_{0}^{T}\frac{Q}{T}dT\\&=\int_{0}^{T_{f}}\frac{C_{\rm{p,solid}}(T)}{T}dT+\frac{ΔH_{fus}}{T}+\int_{T_{f}}^{T_{b}}\frac{C_{\rm{p,liquid}}}{T}dT\\&+\frac{ΔH_{vap}}{T}+\int_{T_{b}}^{T}\frac{C_{\rm{p,gas}}}{T}dT・・・(3)\end{align}$$Q:温度0K~TKまで加熱するのに必要な熱量Cp,solid:固体の定圧比熱、Cp,liquid:液体の定圧比熱、Cp,gas:気体の定圧比熱(3)式のように表すことができます。おわりに熱力学第三法則について解説しました。熱力学の基礎的な法則の1つですので、覚えておきましょう。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。※サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。date*日本語が含まれない投稿は無視されますのでご注意ください。粉じんやダスト、ミスト等の粒子を捕集する際によく使用されるのが、障害物に粉じん等を捕集させる方法です。この方法の中でも特に、粒子をフィルターに衝突させて捕集する機構をフィルター集塵といいます。気体や液体の熱伝導度は主に熱流体解析をするうえで必要になってきます。熱伝導度はフーリエの法則で使用されているため、伝導伝熱の寄与に関係します。Hoff)の式といいます。ファント・ホッフの式を最も有効に活用できるのは、標準状態(25°C)以外の温度の平衡定数を求めるときでしょう。可逆反応では正反応と逆反応のどちらにも進行する可能性があり、ギブス自由エネルギーが小さくなる方向へ反応が進行します。あるところでギブス自由エネルギーが最小となると、見かけ上反応が止まったように見えます。この状態のことを平衡状態といい、平衡状態における各成分の関係を表わす定数を平衡定数Kといいます。仕事と熱はどちらもエネルギーではありますが、エネルギーとしての質の違いが存在しお互いに自由に変換することはできません。エネルギー変換の不可逆性に注目し、エネルギー変化が起こる方向を定量的に扱うために導入された状態量をエントロピーといいます。物質の温度を単位温度(1K)だけ上昇させるのに必要な熱量を熱容量[J/K]といいます。熱容量は物質の種類や温度に依存し、熱容量が大きいほど温度変化させるのに必要な熱量が多くなることを意味します。【Maxwellの関係式】を解説:状態関数と熱力学の基礎式プロフィールこのブログを運営しているルートです。化学メーカーで働くケミカルエンジニアです。