熱力学を理解するために、エンタルピーとエントロピーは誰も見逃すことのできない XNUMX つの基本的な概念です。 エンタルピーとエントロピーの違いを知ることは、科学の試験に合格するのに役立ち、日常目にする多くのプロセスについて合理的な説明を提供します。 熱力学は、位相の変化から単一状態でのエネルギーの移動まで、すべてを説明できます。
主要な取り組み
- エンタルピーはシステムの総エネルギーを表し、エントロピーはシステムの無秩序またはランダム性の程度を測定します。
- エンタルピーの正の変化は熱吸収を意味し、負の変化は熱放出を意味します。 エントロピーの増加は無秩序の増加を示し、エントロピーの減少は秩序を示唆します。
- エンタルピーとエントロピーはどちらも反応の自発性に影響を与え、負のエンタルピー変化と正のエントロピー変化が反応をより自発的にします。
エンタルピーとエントロピー
エンタルピーとエントロピーの違いは、エンタルピーはシステムの総エネルギーの測定値であり、内部エネルギーと圧力と体積の積の合計であるということです。 一方、エントロピーは、仕事への変換に利用できないシステム内の熱エネルギーの量です。
熱力学系のエンタルピーは、一定の圧力 (大きな開放大気) で計算される状態関数として定義されます。 エンタルピーの単位はエネルギー、つまり SI 単位の J と同じです。これは、システムの内部エネルギーと、圧力と体積の変化の積の合計であるためです。 システムの全エンタルピーを直接測定することはできません。 したがって、システムのエンタルピーの変化を測定します。
簡単に言えば、エントロピーはシステム内のランダム性またはカオスの尺度です。 これは、システム内の物質の量に応じてエントロピーの値が変化することを意味する広範なプロパティです。 システムが高度に秩序化されている (カオスが少ない) 場合、エントロピーは低くなり、逆もまた同様です。 エントロピーの SI 単位は J⋅K です。-1.
比較表
| 比較のパラメータ | エンタルピー | エントロピー |
|---|---|---|
| 定義 | エンタルピーは、熱力学系の内部エネルギーと圧力と体積の積の合計です。 | エントロピーは、機械的または有用な仕事に変換できないシステムの熱エネルギーの量です。 |
| 測定 | システムの全エンタルピーは直接測定できないため、エンタルピーの変化を計算します。 | システムのエントロピーの測定とは、熱力学システムに存在する無秩序またはカオスの量を指します。 |
| ユニット | エンタルピーの SI 単位はエネルギーの単位と同じであるため、J で測定できます。 | 単位質量のエントロピーの SI 単位は J⋅K です。-1⋅kg-1 物質の単位量あたりのエントロピーは J・K-1⋅モル-1。 |
| シンボル | エンタルピーは H で表されます。 | エントロピーは S で表されます。 |
| 歴史 | Heike Kamerlingh Onnes という科学者が「エンタルピー」という用語を作り出しました。 | ルドルフ・クラウジウスというドイツの物理学者が「エントロピー」という用語を作り出しました。 |
| 有利な条件 | 熱力学系は常に最小エンタルピーを優先します。 | 熱力学系は常に最大エントロピーを優先します。 |
エンタルピーとは？
エンタルピーは、システムの内部エネルギーと圧力と体積の積の合計を指す熱力学的特性です。 システムのエンタルピーは、熱を放出する能力を意味するため、エネルギーと同じ単位 (ジュール、カロリーなど) を持ちます。 エンタルピーは H で表されます。
ゼロ点を知ることができないため、システムの全エンタルピーを計算することは不可能です。 したがって、エンタルピーの変化は、圧力が一定の場合、ある状態と別の状態の間で計算されます。 エンタルピーの式は H = E + PV です。ここで、E は系の内部エネルギー、P は圧力、V は体積です。
化学反応が吸熱か発熱かを決定するため、熱力学系ではエンタルピーが非常に重要です。 また、反応熱、コンプレッサーの最小電力要件などを計算するためにも使用されます。
エントロピーとは？
エントロピーは拡張特性であり、熱力学システムにおけるランダム性または混沌の尺度です。エントロピーの値は、システム内の物質の量の変化に応じて変化します。エントロピーはSで表され、エントロピーの一般的な単位はジュール/ケルビンJ⋅Kです。-1 またはJK-1⋅kg-1 単位質量あたりのエントロピー。 エントロピーはランダム性を測定するため、高度に秩序化されたシステムはエントロピーが低くなります。
システムのエントロピーを計算する方法はいくつかありますが、最も一般的な 1.38065 つの方法は、可逆過程と等温過程のエントロピーを計算することです。可逆過程のエントロピーを計算する場合、式は S = kB ln W です。ここで、kB はボルツマン定数で、その値は 10 × 23-XNUMX J/K に等しく、W は可能な状態の数です。等温過程のエントロピーを計算する場合、式は ΔS = ΔQ / T です。ここで、ΔQ は熱の変化を示し、T はケルビンでのシステムの絶対温度です。
氷が溶けて水になり、その後蒸発して水蒸気になることは、混沌が増大し、エントロピーが減少する例です。氷がエネルギーを得ると、熱エネルギーによって構造が緩んで液体になり、システム内の混沌が増大します。液体が蒸気状態に変化する場合も同様のことが起こります。しかし、システムに注目すると、エントロピーは減少する一方で、周囲のエントロピーは増大します。
エンタルピーとエントロピーの主な違い
- エンタルピーは、内部エネルギーと、熱力学系の圧力と体積の積の合計です。 一方、エントロピーは、機械的または有用な仕事に変換できないシステムの熱エネルギーの量です。
- エンタルピーの測定とは、システムのエンタルピーの変化を測定することを意味し、エントロピーはシステム内の無秩序またはカオスの量を指します。
- エンタルピーの SI 単位はエネルギーの SI 単位と同じであるため、J で測定できますが、単位質量のエントロピーの SI 単位は J⋅K−1⋅kg−1 です。 物質の単位量あたりのエントロピーは J・K-1⋅モル-1。
- エンタルピーは H で表され、エントロピーは S で表されます。
- Heike Kamerlingh Onnes は「エンタルピー」という用語を作り出しましたが、Rudolf Clausius は「エントロピー」という用語を作り出しました。
- 熱力学系では、最小エンタルピーが優先されますが、同じシステムでは最大エントロピーが優先されます。
- https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/j100362a018
- https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2014/md/c4md00057a
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エンタルピーとエントロピーは、化学反応が吸熱か発熱かを理解するのに役立ちます。これらは化学を勉強する人にとっての基本的な概念です。
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化学反応の性質を決定する際のエンタルピーの重要性は非常に重要です。ここで詳細が明確に説明されているのは素晴らしいことです。
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エンタルピーとエントロピーの違いはここで非常によく説明されています。 1 つは総エネルギーを測定し、もう 1 つはシステム内のカオスまたはランダム性を測定します。
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熱力学は、私たちの日常生活の非常に多くの部分に影響を与える興味深いトピックです。エンタルピーとエントロピーの違いを理解することは非常に重要です。