エントロピーについて

質問

閲覧ありがとうございます。

物理化学の問題について質問です。学校でレポートで出たんですがわかりません＞＜

「８０．０℃のH2O（L）０．１００Kgが室温まで冷めて１５．０℃になった。H2O（L）を系とする。モル定圧熱容量Cp,m＝７５．２９JK^-1mol^-1として以下の問いに答えよ。

〇系のエントロピー変化を求めよ。
〇外界のエントロピー変化を求めよ。
〇現象が自発的に起こる条件をエントロピー変化から説明し、この現象が自発的に起こることを示せ。」

です。回答よろしくお願いいたします！！

回答No.1

rnakamra · ベストアンサー

エントロピーの変化を定義にしたがい計算する。
つまり、温度T(K)の状態で熱量Qを外に放出するとエントロピー変化⊿Sは
⊿S=-Q/T
となります。熱を受け取った側は符号がプラスになります。

外界の温度は一定で熱を受け取る側になるため
⊿S(外界)=Q(受け取った総熱量)/To(外界の温度)
となります。

水は熱を放出すると温度が変化するため外界のように単純な式にはなりません。
温度がT→T-⊿Tに変化する際に外界に放出する熱量を⊿Q(T)とするとその間のエントロピー変化⊿S(T)は⊿Tが十分に小さいとすると
⊿S(T)=⊿Q(T)/T
と表せます。⊿Q(T)を⊿Tであらわし、両辺を積分すると⊿S(水)が得られるでしょう。

Q,⊿Q(T)については、温度変化と水の熱容量から計算することができます。

回答No.2

htms42

＞〇現象が自発的に起こる条件をエントロピー変化から説明し、この現象が自発的に起こることを示せ。

私はこの問いに疑問を感じます。
この現象は８０．０℃のお湯が１５．０℃　の部屋の中で冷めていくというものです。
高温から低温への熱の移動が起こっています。
これは自然界で起こる不可逆変化の代表的な例です。
エントロピーという量とは関係なく起こる現象です。
エントロピーという量を使わなければ起こるか起こらないかが判断できないという現象ではありません。

第二法則は自然界にこういう不可逆変化が存在することを認めたものです。
（これを認めなければ熱力学的世界に入ることができません。第二法則の表現を読み直してみて下さい。）
エントロピーはそういう不可逆変化の指標になるように決めた量です。
そういう性質を持つように「定義されている」のです。
閉じた系の中で何か変化が起これば　△Ｓ≧０　です。その変化が不可逆変化であれば　△Ｓ＞０、可逆変化であれば　△Ｓ＝０です。

高温物体、低温物体を合わせた全体で考えると不可逆変化はその内部で起こっています。△Ｓ＞０　になっているはずです。従って「〇系のエントロピー変化」、「〇外界のエントロピー変化」を合わせたものは「正」になっているはずです。
「自発的に起こっている」ことは前提になっています。示すべき内容は「エントロピー変化がそれに矛盾のないものになっている」ことです。△Ｓ（全体）＞０　が成り立っていることを確かめればいいだけです。

明らかに不可逆現象であるということが分かっていることに対して確かに　△Ｓ＞０　が成り立つことを確かめたうえでエントロピーの変化を自発変化であるか否かの判断に使うことを考えようということから　△Ｇ＜０　のような発展が出てくるのです。主に化学反応の場において問題になる量です。
第一法則（エネルギー保存則）Ｑ＝△Ｕ＋ｐ△Ｖ　と　エントロピー則　△Ｓ＞Ｑ／Ｔ　を組み合わせて定温、定圧の条件を当てはめると出てきます。