化学の基礎 II(G) (20160018) M: 以下は宮本のコメント
15s3001: 
教科書に, アイススケートが氷上で滑る理由の一つに, 加圧による融解が考えられるとありましたが, その他にはどのような理由が考えられるのですか. M: 私はアイススケートの専門家ではないので知りません. 調べてわかったら, 教えてくださいネ. // 問題が明確なのに, 自分で調べたり考えたりしないのは, なぜか?

15s3002: 
平衡のときはエントロピー変化も 0 ということですか. M: 自分で判断できないのは, なぜか?

15s3003: 
ギブズ自由エネルギーを求めるときに, P-V 仕事以外の仕事も働いているときは, それらについても考えなくてはならないのですか. M: 自分で判断できないのは, なぜか?

15s3004: 
ギブズの自由エネルギーでは, 定温定圧, ヘルムホルツの自由エネルギーでは定温定容なのですが, 温度や圧力が変化しても使えるのであれば なぜ最初にこれらを条件にしたのでしょうか. M: ``使える'' の意味を誤解している予感. 15s3023 参照

15s3005: 
なぜ平衡定数が熱力学的性質を関係づける式で重要な関係にあるのか. M: 意味不明. 平衡定数がどうであると言ってるのか(?)

15s3006: 
定温・定圧, 定温・定容 以外での条件においても新しい熱力学状態関数を考えるのか. M: 別に. 考えたければ, 考えればいいのでは(?) // 熱力学を勉強すれば分かるのでは(?) // ``勉強＝知識のリストの暗記'' という呪縛から速く脱皮してください!!

15s3007: 
ギブズ自由エネルギー変化で誘発的に変化させても自発的な変化と同じ方向をしめすのか. M: 意味不明. ``誘発的'' とは, どういう意味か?

15s3008: 
液体のギブズ自由エネルギーの水と氷のグラフと同じようにドライアイスなどの昇華などの変化をグラフに表せることはできるのか. M: 自分で判断できないのは, なぜか?

15s3009: 
逆反応が自発的に進むのには, 必ずエネルギーを加えなければならないのですか. M: 自分で判断できないのは, なぜか? // まさか ``自発的に進む'' の意味を理解していないのか(?)

15s3011: 
定温・定容の条件のとき, 定容の例として溶液中や固体中をあげていましたが, 近似的とはどの程度厳密になるのですか? M: 当然, 系によって異なる. // 絶対的な基準 (どの程度の不一致までなら近似と言えるか) が存在するものなのか?

15s3012: 
$ \Delta G = 0$ のとき, 過程が不可逆に進行しないのは なぜか. M:  $ \Delta G = 0$ が $ \Delta S_$total$ = 0$ に対応していることから考えればいいのでは(?) // 不可逆過程では $ \Delta S_$total はどうなるか?

15s3013: 
水溶液中での反応でヘルムホルツの自由エネルギーを使うと言っていましたが, 溶液にかかる圧力は一定なのではないですか. M: それは状況による. 圧力一定ならギブズの自由エネルギーを使うと, 講義でも説明したはず.

15s3014: 
p.124 に氷を加圧すると融解する傾向があるとありますが, どのように加圧すれば融解しないのですか. M: 文章の前半から後半へ, なぜその様に話が飛ぶのか不明だが, 相図を見ればいいのでは(?)

15s3015: 
平衡定数の自然対数 $ \ln K$ を温度の逆数 $ \DS \frac{1}{T}$ に対してプロットすると直線になると予想され, その傾き $ \DS -\frac{\Delta_\text{r} H^\plimsoll}{R}$ から標準反応エンタルピーを求めることができると書いてあるが予想された直線で正確な値を出すことはできるのか? M: ファントホッフの式 $ \DS \left( \frac{\partial \ln K}{\partial \frac{1}{T}} \right)_P = \frac{-\Delta_\text{r} H^\plimsoll}{R}$ (教科書 (10.21) 式) を見れば, $ \DS \Delta_$r$ H^\plimsoll$ が定数なら直線である事は自明でしょ(?) // ``正確な'' って, 何を期待しているのか?

15s3016: 
ギブズ自由エネルギーの圧力依存性の他に容量の依存性はあちますか. M: ``容量の依存性'' とは, 何のことか? // 普通に $ \Delta G = \Delta U + P \, \Delta V - T \, \Delta S$ のこと(?)

15s3017: 
融点よりも低い温度での液体の水のギブズの自由エネルギーは どのようにして考えているのですか. M: 別に. 基本に戻って普通に $ G = H - TS$ で, 何の不足があるのか?

15s3018: 
標準反応ギブズエネルギーの正負による違いはありますか. M: 別に. 標準状態での反応のギブズエネルギー変化だと言うだけで, 通常通りに考えればいいだけでしょ(?)

15s3019: 
水素燃料電池から得られる電気エネルギーは最大値よりもどの程度小さいのでしょうか. M: それは一定の値に決まっているわけではなくて, それぞれの電池 (の方式) によるでしょうし, 今後の研究開発によって向上もするでしょ. どうして自分で調べようとしないのか?

15s3020: 
ギブズ, ヘルムホルツ以外で自由エネルギーの定義はありますか. M: 15s3006 参照

15s3021: 
なぜ教科書 p.121 2) の文章中にある表面張力による仕事や電気的仕事などを有用な仕事と表現するのですか. M: ``有用'' は, エネルギーを利用する私たちの立場における価値観. 私たちが自由に利用できない仕事 (エネルギー) は, 有用とはいえない.

15s3022: 
$ T=0$ でのエントロピー変化はどうなりますか. M: 意味不明. 二つの状態を指定しなければ, 変化について考えることはできないのでは(?)

15s3023: 
ギブズの自由エネルギーは定温, 定圧の条件下で用いるはずなのになぜ, $ \Delta T = 0$ とするとき, $ \Delta G = V \, \Delta P$ となり, 圧力依存性を与える式が出るのですか. M: ``用いる'' の意味を誤解している予感. ゴチャ混ぜにしないで, しっかりと整理して理解してください. ``定温・定圧の時のギブズ自由エネルギーの変化が, 自発的な反応の進行の方向を示している'' というだけ. // $ G$ は, 熱力学の変数 $ T$, $ P$, $ n$ 等に依存する状態関数 $ G(T,P,n)$ と書けるので, 当然圧力の関数でもある.

15s3024: 
ギブズ自由エネルギーやヘルムホルツ自由エネルギーは, どのような場面で有用なのでしょうか? M: それこそが今回の講義の主題だったのに, 全く理解されていなくて, 残念.

15s3025: 
$ \Delta G = 0$ のとき, 過程は可逆的に進行するか, または平衡状態にあると教科書にありますが, 授業では, 系に変化はないので進行していないように見えるので, 平衡であると教わりました. $ \Delta G = 0$ のとき, 可逆的に進行するのですか? M: 熱力学的な状態を可逆的に変化させるとは, どういうことだったか, よく思い出せばいいのでは? (例えば, シリンダーとピストンで閉じ込めた理想気体を等温で可逆的に体積を二倍に膨張させる, とか.)

15s3026: 
どうして電極表面の分極によって電気エネルギーは理論値よりも小さくなるのですか. M: そもそも ``電極表面の分極'' が分かっているのか? それも含めて電気化学の専門書を見て勉強すればいいのでは(?)

15s3027: 
反応において, 系がすることのできる全仕事が, 不可逆変化のときよりも可逆変化のときのほうが大きくなるのはなぜですか. M: ``最大仕事'' について, 以前に述べた気がするのだが(?) 参考書も見てください. // 15s3046 も参照

15s3028: 
3 つ以上の物質が化合するときの, ギブズ自由エネルギーと反応進行度の関係はどうなるのですか? M: それらの反応物質が反応に関与する時の比率が決まっているのであれば, 普通に考えればいいでしょ. あるいは, 複合反応であれば, 素反応に分解して考える.

15s3029: 
どうして「 $ \Delta U - T \, \Delta S + P \, \Delta V$」に定温・定圧のためゼロになる $ -\Delta T \, S$ と $ +\Delta P \, V$ を加えるのですか. M: 式の変形については講義で説明したが, 理解されていなくて残念. または, 数学の基礎の ``全微分'' の復習が必要か(?)

15s3030: 
定圧・定容であるとき, 熱力学量はあるのか. M: 当然あるでしょ. 15s3023 の最後のコメント参照

15s3031: 
ギブズの自由エネルギーは定温, 定圧の条件で使われるが, 圧力依存性の式で追うと $ \Delta G = V \, \Delta P$ となる. このとき定圧は条件にいれることはできないのか. M: どういう議論でそこに至ったかをきちんと整理して理解する必要があるのでは(?) // 圧力依存性 (圧力は変数) を検討している時に, 定圧 (圧力は一定値で変化しない) を条件にするとは, どういうことか? 本気で言っているのか?

15s3032: 
ヘルムホルツ自由エネルギーの導出もギブズ自由エネルギーと同じ過程で導出できるのでしょうか. M: 自分でやってみればいいのでは(?)

15s3034: 
理想気体の場合仕事として P-V 仕事だけを考えればよいが, 対象を液体や固体まで広げると P-V 仕事だけでなく, 他の仕事を考えなければならないのは なぜですか. M: エネルギー (系に加えた熱) を, 内部エネルギーの変化と力学的な仕事以外にも使用するからでしょ. 教科書 p.121 の傍注では, 表面張力による仕事や電気的仕事が例示されている.

15s3035: 
ファントホッフの式を用いるときは, 定容, 定圧である必要がありますか. M: 式が導出された時の論理展開を調べればいいのでは(?)

15s3036: 
標準反応エンタルピーはヘスの法則からも考えることができると思いますが, ファントホッフの式から標準反応エンタルピーを見積もることにどのような重要な意味があるのですか. M: そもそも, 教科書の表8.1 の値 (標準生成エンタルピーなど) や表9.1 の値 (標準エントロピー) は, どうやって得られたのでしょうか?

15s3037: 
図10.2 のグラフで液体の水より氷の方が $ \Delta G$ が大きいのはなぜか. M: 講義中で $ \Delta G = V \, \Delta P$ となることを説明した. 水は液体よりも固体の方が単位物質量あたりの体積が大きいので, 圧力を変化させた時の $ G$ の変化量は......

15s3038: 
ギブズ自由エネルギーの圧力依存性を導出することができるのであれば, ヘルムホルツ自由エネルギーを使用する必要性はないのですか? M: $ G$ の圧力依存性を考えたときに, 体積が一定なのか変化してもいいのかに制限は無かった.

15s3039: 
系の体積が大きいほど $ G$ の圧力依存性も大きくなるが, とくに気体については自由エネルギーの圧力依存性が大きく重要なのはなぜか. M: 少しでも自分で考えたのか? // 同じ物質量でも固体や液体よりも気体は圧倒的に体積が大きいし, 気体の圧力 (分圧) は温度や体積 (や混合気体の組成比) などを操作することで容易に変化させられることは自明では(?)

15s3040: 
氷は液体の水よりも密度が小さいので圧力を加えると融解するということでしたが逆に液体よりも固体の方が密度が大きい物質は圧力を加えると凝固するということですか? M: 自分で判断できないのは, なぜか? // 同様にギブズ自由エネルギーで考えればいいのでは(?)

15s3041: 
なぜ $ \Delta G$ と $ \Delta F$ は, 等価なんですか? M: どこにそう書いてあるのか? そこに説明も書いてあるはずでは? // $ G = H - TS$ と $ F = U - TS$ の対応のことか? (10.3) と (10.5) の対応のことか? 参考書を見たりして, 自分で考えないのは, なぜか?

15s3042: 
エネルギーの最大変換効率が温度にのみ依存するのはなぜですか. M: カルノー効率について, 勉強すればいいのでは(?) // 15s3027 のコメントも参照

15s3043: 
$ \DS \Delta G^\plimsoll = - R T \ln \left( \frac{P_\text{B}}{P_\text{A}} \right)$ のマイナスは どういう意味ですか. M: 別に. 普通の意味でしょ. 式が導出された論理を理解していないのか(?)

15s3044: 
教科書 p.121 の右下に液体では表面張力による仕事や電気的仕事を考えなければならない場合があるとありますが, それはどんな場合ですか. M: そういう効果がある場合が, 考えなければならない場合でしょ. あたりまえですが. 自分で色々と調べたり考えたりすればいいのでは(?)

15s3045: 
ヘルムホルツ自由エネルギーとギブズ自由エネルギーの違いはどのようなものか. M: 定義式を見比べればいいのでは(?)

15s3046+: 
ヘルムホルツ自由エネルギー $ F$ を応用した簡単な例はありますか. M: 応用というよりは, ヘルムホルツ自由エネルギーの変化は, ある過程に伴う最大の仕事です. 15s3027 参照

15s3047+: 
自由エネルギーの自由はどんな風に自由なんですか. M: 定温・定圧での式 $ \Delta G = \Delta H - T \, \Delta S$ を見てじっくりと考えれば, イメージがわいてくるのでは(?) // 定圧では系に加えられた熱はエンタルピー変化に等しい ( $ Q = \Delta H$). そこからエントロピーの変化 (増加) 分を除いた残りが $ \Delta G$ であり, 私たちが系から取り出して自由に利用可能なエネルギーに相当する.

15s3048: 
非 P-V 仕事とは何か. M: 専門用語の意味がわからなければ, 教科書や参考書を見ればいいのでは(?) // 教科書 pp.121-122 の記述のどこが理解できないのか?

14s3008: 
ギブズ自由エネルギーはどのようにイメージしたらいいでしょうか? M: 理解の仕方は人それぞれ. 自分で工夫して身につけてください. 教科書や参考書を見るのも一案. // 15s3047 も参照

14s3014: 
ファントホッフプロットの直線の傾きから, 標準エンタルピーを求めるのは, 不確実性があるのではないか. M: 当然, 実験誤差があるだろうし, 直線からのずれもあるだろう. それがどうかしたのか? あってはいけないのか?

14s3015: 
実際に定圧の条件にするにはどのようにして圧力を一定にするのですか. M: 系を大気圧に開放するとか, 圧力なべとか :-) 自分で考えたり調べたりすればいいのでは(?)

14s3021: 
ギブズの自由エネルギーでは孤立していない系についてどのような過程になるか求めることはできるのでしょうか? M: 導入の過程を講義で説明したのに, 理解されていないようで残念. よく復習すればいいのでは(?)

14s3034: 
ギブズ自由エネルギーとヘルムホルツエネルギーは等価なのですか. M: 15s3041 参照

14s3040: 
ギブズ自由エネルギーが一般に多く使われているようでしたがヘルムホルツの自由エネルギーはどのような場合で使われるのでしょうか? M: 教科書や参考書を見ればわかるのでは(?)

12s3017: 
実際に自由エネルギー $ \Delta G$ が 0 以上や 0 以下という状態は存在するのですか? M: へ? 自発的に進行する反応は, この世に存在しないということですか??

12s3024: 
ヘルムホルツの自由エネルギーでも全系のエントロピーを表すことができるのですか? M: 自分で式をいじってみればいいのでは? // どうして, そうやって理解を深めようとしないのか?


rmiya, 20160126