3.2: 熱力学の第二法則

プロセスの自発性を確実に予測できる特性を特定するために、エントロピーという有望な候補が特定されました。科学者は、システム内のランダム性または無秩序の尺度をエントロピーと呼んでいます。エントロピーが高いということは、無秩序が多く、エネルギーが低いことを意味します。エントロピーをよりよく理解するために、学生の寝室を考えてみてください。エネルギーや労力を投入しなければ、部屋はすぐに散らかってしまいます。それは非常に無秩序な状態で存在し、エントロピーが高い状態になります。部屋を清潔で整然とした状態に戻すために、生徒が仕事をし、すべてを片付けるという形で、システムにエネルギーを投入する必要があります。この状態は低エントロピーの1つです。

システムのエントロピーの増加 (ΔS > 0) を伴うプロセスは、非常に頻繁に自発的ですが、逆の例は豊富にあります。エントロピーの変化の考察を周囲にまで広げることで、この特性と自発性との関係について重要な結論に達することができるかもしれません。熱力学モデルでは、システムと周囲の環境がすべてのもの、つまり宇宙を構成しているため、次のことが当てはまります。

ΔS_univ = ΔS_sys + ΔS_surr

熱力学の第二法則は、すべての自発的な変化が宇宙のエントロピーの増加を引き起こすと述べています。プロセスのエントロピーと自発性の関係の要約を表1に示します。

表1:エントロピーとプロセスの自発性との関係。

このテキストは、Openstax, Biology 2e, Section 6.3: The Laws of Thermodynamics and Openstax, Chemistry 2e, 16.3 The Second and Third Laws of Thermodynamics.