ギブス自由エネルギー変化における体積変化の影響

お世話になります。ギブス自由エネルギーの変化量を計算する際の体積変化の影響について質問させてください。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1 …
上記のウィキペディアのページによると、ギブス自由エネルギー(G)はU-TS+pVで求められます。
また、ギブス自由エネルギーは、「等温等圧条件下で非膨張の仕事として取り出し可能なエネルギー」との記載もあります。
ということは何かしらの変化によりギブス自由エネルギーが変化する場合、T, p, Vは一定と考えてよいのでΔG=ΔU-TΔSになり、pVの項の変化は考えないのでしょうか？

関連してもう一つ質問になりますが、化学ポテンシャルはギブス自由エネルギーを粒子数(N)で偏微分したものになります。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%96%E5%AD%A6 …
G=U-TS+pVの両辺をNで偏微分すると、
∂G/∂N
=∂U/∂N-(∂T/∂N)*S-T*(∂S/∂N)+(∂p/∂N)*V+p*(∂V/∂N)
=∂U/∂N-T*(∂S/∂N) (T, p, Vは一定なので)
という式変形になるのでしょうか？
化学ポテンシャルについてのウィキペディアの定義の部分には、T, pが指定された場合の化学ポテンシャルの式が示されていますが、この場合はVは一定ではない気がします(体積変化に伴うエネルギー変化も加味する必要があるように見えます)。
熱力学の勉強を開始して日が浅く、理解に自信がないため質問しました。
どうぞよろしくお願い致します。

No.1 ベストアンサー 回答者： kantansi 回答日時： 2023/06/25 10:33

ギブス自由エネルギーの計算において、体積変化の影響を考慮するかどうかは、具体的な条件やシステムに依存します。

以下にそれぞれの質問について回答します。

ギブス自由エネルギーの変化における体積変化の影響について:
ギブス自由エネルギーの定義はG = U - TS + pVですが、体積変化によるエネルギー変化を考慮するかどうかは、具体的な状況によります。一般的な場合、等温等圧条件（T, pが一定）での変化を考えるとき、体積変化が小さい場合はpV項の影響は無視できることがあります。しかし、体積変化が大きい場合や、圧力や温度が変化する場合には、pV項を考慮する必要があります。具体的な問題においては、体積変化がシステムの重要な要素であるかどうかを判断してください。

化学ポテンシャルの偏微分について:
化学ポテンシャルに関する式の偏微分については、ご指摘の通りです。ギブス自由エネルギーGを粒子数Nで偏微分すると、Vやpに関する項が消えて、∂G/∂N = ∂U/∂N - T(∂S/∂N)となります。これは温度と圧力が一定の条件下での式です。Vが変化する場合や、温度や圧力が変化する場合には、それらの項も考慮する必要があります。化学ポテンシャルの式は、特定の条件下での粒子数の変化に対応するため、条件が変化する場合には注意が必要です。

熱力学は複雑な概念を含むため、理解には時間と研究が必要です。理解に自信がない場合は、教科書や専門書などの参考資料を確認するか、熱力学の専門家や教授に相談することをおすすめします。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。エネルギーをどう定義するかが重要、という感じでしょうか。納得しました。ありがとうございました。

お礼日時：2023/06/25 11:42