エントロピー

エントロピー(S)は、原子、分子、またはイオンの配置のランダム性など、熱力学系のランダム性または無秩序の尺度です。システム内の無秩序が大きければ大きいほど、エントロピーは高くなります。

エントロピーは状態関数であり、プロセスのエントロピーの変化は、パスに関係なく、最終状態と初期状態の違いを見つけることによって計算できることを意味します。

システムのエントロピーは、Sがボルツマン定数kに微量状態の数の自然対数Wを掛けたものに等しいボルツマン方程式で表すことができます。

ミクロステートは、特定のシステム内の原子と分子に対して可能な、エネルギー的に等価な明確な配置です。

合計 2 単位のエネルギーを持つ 2 つの原子を含むシステムを考えてみましょう。このエネルギーは、2つの原子間で分配することができます:最初の原子を持つ両方のユニット、2番目の原子を持つ両方のユニット、または各原子を持つ1つのユニット。したがって、このシステムには3つの潜在的なミクロ状態があり、それらはすべてエネルギー的に同等です。

したがって、エントロピーは分子内の原子の数とその分子量に比例して増加します。たとえば、25°C、1気圧の標準条件下では、1モルの硫酸のエントロピーは1モルの水のエントロピーよりも大きくなります。

さらに、混合物のエントロピーは、複雑さが増すと可能な微小状態の数が増えるため、純粋な成分のエントロピーよりも大きくなります。

システムのエントロピーも温度とともに増加します。温度が上昇すると、運動エネルギーも上昇し、可能なミクロステートの数が増加します。

物質の物理的状態は、物質の相対的なエントロピーの指標です。特定の固体のエントロピーは常に同じ物質の液体形態よりも小さく、液体形態のエントロピーは常に気体のエントロピーよりも小さくなります。

気体中の分子は互いに遠く離れており、液体や固体の分子と比較して、より多くの可能性のある微小状態を持っています。一方、固体は、より少ないミクロステートではるかに組織化されているため、エントロピーが低くなります。