エンタルピーとエントロピーとギブスの自由エネルギー

2022年2月24日 18:32

きっかけは突然に

私の研究室では、よく自由エネルギー（G）をもとに議論します。

先日、研究室のB4の学生さんと話していて、
「研究室配属された当初は、いきなり自由エネルギーとか言われて
パッっとイメージできなかった」
と言われました。

確かに人の記憶は曖昧だ。

私がお世話になっている研究室に配属されてくる学生さんたちは
物理化学を通常はB2かB3かで履修する。

当時はどの研究室に配属されるかもわからないし、
単位をとるためだけのその場限りの勉強や興味のない内容は
綺麗さっぱり忘れてしまっていても仕方ないのかもしれない・・・残念だけど。

私も研究室に配属された時、上手くイメージできずに
物理化学の教本を引っ張り出してきて復習したのを
未だに覚えている。
だからこそ、残念だけど（自分もそうだったし）仕方ない、と思う。

なんだか名前似ている（2文字しか違わない）し、よく混乱するのかなと思うので、図にしてみた。

エンタルピー：熱の外部へのはたらきによる損失分を取り込んでいる状態量。
　⇒　仕事のことは考えず、熱だけで状態を表すことができる関数。
　　　減ったり増えたりする。

エントロピー：乱雑さを表す状態量。
　⇒　増えっぱなしで、減ることはない。
　　　例）拡散＝エントロピーが増大

よくギブスを省略されて、「自由エネルギー」と呼ばれているもの。
物質がもつ仕事をする能力のこと。
　⇒　物質が化学反応すれば、ギブスの自由エネルギーは減少し、
　　　その減少分だけ外部に仕事がなされる。
　　　　ΔG = ΔH - TΔS

この自由エネルギーは、ある条件下において反応が進行するかどうかの指標となります。

例えば、定温定圧条件下での自由エネルギーの変化量が、
(1) ΔG < 0 (⇔ TΔS > ΔH)であれば、反応は右に進行し、
(2) ΔG > 0 (⇔ ΔH > TΔS)であれば反応は左に進行します（右に進行しない）。

可逆反応でない限りは、だいたい反応は右に進行します。

ざっと思いつく限りを書いたけど、また何か思い出したら追加します～