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ギブズエネルギーと化学ポテンシャルの相違点ってなんですか?
教えてください。。

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A 回答 (2件)

ギブズエネルギーをモル数(粒子数)で偏微分したものが化学ポテンシャルです。



 物理的な意味の相違としては

ギブズエネルギー 
 示量性で量に依存するため2元系以上では単純に比較できない。つまり、ギブズエネルギーの大小で反応の方向を決めることはできない

化学ポテンシャル
 示強性で量に依存しないため、化学ポテンシャルの大小で反応の方向を理論的に決めることができる

ということです。
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わたしも分かりませんでした。


聞いた話では、感覚的に言うと、
ギブスエネルギーは、利用できる全エネルギー。
化学ポテンシャルは、物質の持つ全エネルギー。
だとか。
調べてみてください。
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Qこの場合のギブスエネルギーの変化量を教えてください

大学二年生の化学熱力学の教科を学んでいるのですが。。。
全くわからない問題があります!
室温298K、0.022molの理想気体が圧力が17.0MPaから100KPaに変化した。
この過程でのギブスエネルギーの変化量はいくらか。
という問題です。
物質量はどこで使うのですか?
計算過程もお願いします。
また、こういう問題は何を考えれば解けるのかアドバイスお願いします。

Aベストアンサー

ギブス自由エネルギー(G)の定義は
G = H - TS
H: エンタルピー (J)
S: エントロピー (J/K)
T: 環境温度 (K)

ギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = ΔH - TΔS

エンタルピー,エントロピーは対象とする系の
1)温度
2)圧力
3)物質の相の数
4)各相での各成分量
が決まると計算できます。

言いかえると、上記1)2)3)4)のどれかが変化するとエンタルピー,エントロピー、そしてギブス自由エネルギーも変化します。

問題を上記1)2)3)4)に照らし合わせると、
1)温度は変化したと記述していないので一定
2)圧力は17MPaから100KPaに変化
3)相(気相、液相、固相)の数は理想気体が凝縮して液体になった、と記述していないので一定
4)各相での各成分量、この場合、気相の理想気体の種類が増えた減った、0.022molが増えた減ったと記述していないので一定

3)4)はちょっと強引なところありますが、幅広く題意を捉えるための説明です。

まずエンタルピー変化ΔHを計算します。
結論から言うとΔH = 0です。
理想気体1mol当たりのエンタルピーは温度変化した場合にのみ変化し、圧力により変化しません。
これは理想気体の状態式(PV=RT)とエンタルピー計算式(微分形で与えられます)から導出されます。
圧力は変化していますが温度が変化していないのでΔH = 0。

次にエントロピー変化ΔSを計算します。
理想気体1mol当たりのエントロピーは温度変化、圧力変化で変化します。
温度変化は無いので温度変化相当のΔSは0。
圧力変化相当のΔSは理想気体の状態式(PV=RT)とエントロピー計算式(これも微分形)から導出され
-nR*ln(P1/P0)・・・微分形を圧力P0からP1まで積分した結果
となります。

n 理想気体mol数: 0.022 (mol)
R 理想気体定数: 8.31 (J/mol.K)
P0 変化前の圧力: 17MPa = 17000KPa
P1 変化後の圧力: 100KPa

圧力変化相当のΔS = - 0.022 x 8.31 x ln(100/17000) = 0.934 (J/K)

まとめますと

ΔG = ΔH - TΔS
ΔH = 0
T 環境温度: 298 (K)
ΔS = 0.934 (J/K)
ΔG = 0 - 298 x 0.934 = - 278.3 (J)

まどろっこしい説明になりましたが理想気体の圧力変化に伴うギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = nRT*ln(P1/P0)
でさっと計算できます。

ギブス自由エネルギー(G)の定義は
G = H - TS
H: エンタルピー (J)
S: エントロピー (J/K)
T: 環境温度 (K)

ギブス自由エネルギー変化量(ΔG)は
ΔG = ΔH - TΔS

エンタルピー,エントロピーは対象とする系の
1)温度
2)圧力
3)物質の相の数
4)各相での各成分量
が決まると計算できます。

言いかえると、上記1)2)3)4)のどれかが変化するとエンタルピー,エントロピー、そしてギブス自由エネルギーも変化します。

問題を上記1)2)3)4)に照らし合わせると、
1)温度は変化したと記述していないので一定
2)圧力は17MPaか...続きを読む

Q標準自由エネルギー変化について教えてください。

お願いします。
基礎中の基礎です。しかし混乱してます
標準自由エネルギー変化ΔG゜と自由エネルギー変化ΔGの違いが分かりません。

まず標準自由エネルギー変化ですが
aA+bB⇔cC+dDと言う反応があると
ΔG゜=各物質の生成ΔGfの合計=[c×ΔGfC]+[d×ΔGfD]-[a×ΔGfA]-[b×ΔGfB]だと思うのですが・・・
質問1:ΔG゜<0ですと反応は右に進まないはず。でもなぜ?
質問2:ΔG゜とはそもそも何を表しているのですか?(僕自身の薄学では生成側にそれだけエネルギーが偏っている?)
質問3:ΔG゜=-AとするとAが大きいほど反応は進みやすのでしょうか?(これ本当に分かりません・・)

自由エネルギー変化ΔGについてです
ΔG=ΔG゜+RTlnK
aA+bB⇔cC+dDと言う反応ではモル分圧平衡定数とするとK=([P_C]^c・[P_D])^d÷([P_A]^a・[P_B]^b)
です。
質問4:そもそもΔGとは何を表現しているのですか?平衡だとΔG=0となる。これはどういうこと?
質問5:ΔG゜=-RTlnKですが、通常ΔGというとみんなこの方法で算出してしまいます。ここで標準自由エネルギー変化ΔG゜と自由エネルギー変化ΔGをごっちゃにするとエライ事になりそうですが・・・
質問6:ΔG=ΔG゜+RTln([P_C]^c・[P_D])^d÷([P_A]^a・[P_B]^b)でよく25℃、1atmの濃度や分圧を入れてΔGを出してますが、これはどう解釈したらよいのでしょうか?その濃度や分圧のときの自由エネルギーということ?でもそれなら25℃、1atmの生成ΔGfから算出したΔG゜とΔGが同じにならないとおかしくありませんか?
質問:そもそも上記の考え方にどこかおかしいから悩んでいるので、指摘していただけたら幸いです。

お願いします。
基礎中の基礎です。しかし混乱してます
標準自由エネルギー変化ΔG゜と自由エネルギー変化ΔGの違いが分かりません。

まず標準自由エネルギー変化ですが
aA+bB⇔cC+dDと言う反応があると
ΔG゜=各物質の生成ΔGfの合計=[c×ΔGfC]+[d×ΔGfD]-[a×ΔGfA]-[b×ΔGfB]だと思うのですが・・・
質問1:ΔG゜<0ですと反応は右に進まないはず。でもなぜ?
質問2:ΔG゜とはそもそも何を表しているのですか?(僕自身の薄学では生成側にそれだけエネルギーが偏っている?)
質問3:ΔG゜=-Aとすると...続きを読む

Aベストアンサー

>平衡になったときのモル分率やモル濃度を入れると、当然RTlnKは
>-ΔG゜と同じになるはずですよね?

ΔG=ΔG゜+RTlnKですよね。平衡状態ではΔG=0なので、
RTlnK=-ΔG゜ または -RTlnK=ΔG゜で間違いないと思います。

>一般的にΔG゜って各物質の生成ΔGfの合計から算出するじゃないですか?

違うと思います。
ΔG゜=ΣΔGf゜(生成物)- ΣΔGf゜(反応物) だと思います。

標準生成自由エネルギーと自由エネルギー変化を混同しては行けません。
自由エネルギーやエンタルピーの絶対値を調べるのは大変なので
変化量を指標に用いていることは同じですが、標準生成自由エネルギーは、すべての元素が標準状態にあるとき自由エネルギーを0として、それらの単体から生成される化合物を上記の式を使って計算した物です。

反応が自発的に進むためにはΔGがマイナスでなければなりません。
ΔGは自由エネルギー変化です。
標準生成自由エネルギーΔG゜とは違います。
-RTlnK=ΔG゜ という関係から ΔG゜が負の時はKが1よりも大きい事を意味し、正の時には、その反応が進まないということではなくKが1よりも小さいことだけを意味します。
ΔG゜が大きな正の値をとるとKは著しく小さくなり、平衡点は原系の方に極端に片寄ることを意味しています。
ΔG゜=0ならばK=1ということです。

>平衡になったときのモル分率やモル濃度を入れると、当然RTlnKは
>-ΔG゜と同じになるはずですよね?

ΔG=ΔG゜+RTlnKですよね。平衡状態ではΔG=0なので、
RTlnK=-ΔG゜ または -RTlnK=ΔG゜で間違いないと思います。

>一般的にΔG゜って各物質の生成ΔGfの合計から算出するじゃないですか?

違うと思います。
ΔG゜=ΣΔGf゜(生成物)- ΣΔGf゜(反応物) だと思います。

標準生成自由エネルギーと自由エネルギー変化を混同しては行けません。
自由エネルギーやエンタルピーの絶対値を調べる...続きを読む

Q標準化学ポテンシャルと純粋な化学ポテンシャル

標準化学ポテンシャル μ^o
純粋な化学ポテンシャル μ^*

この二項目の違いがよくわかりません。
ある液体Aが気液平衡にある場合では両方とも同じように感じるのですが
どう違うのでしょうか?

Aベストアンサー

標準化学ポテンシャル
http://kotobank.jp/word/%E6%A8%99%E6%BA%96%E5%8C%96%E5%AD%A6%E3%83%9D%E3%83%86%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%A3%E3%83%AB

二成分以上の系においてその中の1つの成分の化学ポテンシャルを考えているという場面になります。
一つしか成分が存在しない時を考えて、それが混合状態になるとどう変わるかです。その時に1つの成分だけの純粋状態に対しての化学ポテンシャルが標準化学ポテンシャルです。従って一相、多成分系を考えています。相が変われば標準化学ポテンシャルは変化します。

1成分で相が2つの場合、2つの標準化学ポテンシャルが存在します。
相平衡が成り立っていれば2つの標準化学ポテンシャルは等しくなります。

「純粋な化学ポテンシャル」とはどういうものでしょう。純物質の化学ポテンシャルという意味でしょうか。
そうであれば相ごとに異なります。

Q吸光度の単位

吸光度の単位は何でしょうか!?
一般的には単位はつけていないように思われるのですが。。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

物理的には、No.1さんも書かれているように吸光度も透過度も基本的に同じ単位系の物理量どうしの「比」なので「無単位」です。しかし、無名数では他の物理量、特に透過度と区別が付かないので、透過度は"透過率"として「%」を付けて表し、"吸光度"は「Abs(アブス)」を付けて呼ぶのが業界(分析機器工業会?)のならわしです。

Q百分率を表すこの3つ、W/V%、W/W%、V/V%…

はじめまして、お世話になります。

百分率を表すこの3つ、W/V%、W/W%、V/V%…
どれも計算方法が同じなら、細かな意味まで覚えない良いような気がしますが^^;この場合W=質量 Vは体積でなない…?

このややこしい3つを分かりやすく記してるHP、又教えてくださる方はないでしょうか。覚えにくくて…TT

よろしくお願い致しますTwT

Aベストアンサー

こんにちは。WとVはそれでいいのではないでしょうか。

W/V%は、
溶液100ミリリットル中に溶質(溶けてる物)が何グラム入ってるか。

W/W%は、
溶液100グラム中に溶質が何グラム入ってるか。

V/V%は、
溶質が液体の場合に使われます。
溶液100ミリリットル中に溶質が何ミリリットル入ってるか。

という事になります。

Qラウールの法則とヘンリーの法則について

薬剤師国家試験93回問17に、【ラウールの法則が成立する溶液について、揮発性溶媒Aの蒸気圧降下の大きさΔPが下式で示されるのは、溶質Bが不揮発性の場合である。ΔP=PA0・XB(PA0:純溶媒Aの蒸気圧、XB:溶質Bのモル分率)】とあり、この問は正解となっていました。

また別のところに、【ヘンリーの法則⇒揮発性の溶質Bの蒸気圧PBは、溶液中に存在する溶質のモル分率(XB)に比例し、以下の式が成立する。 PB=KB・XB (KB:ヘンリーの法則における定数)】とありました。

そして、薬剤師国家試験第87回問21にアセトン-クロロホルム混合溶液の「縦軸:圧力(bar),横軸:クロロホルムのモル分率」を取ったグラフがありました。

ここで、疑問に思いました。
この87回問21では、クロロホルムが溶質Bにあたると思うのですが、クロロホルムは揮発性の溶質であり、ヘンリーの法則が成り立つのは分かりますが、なぜラウールの法則が成り立つのでしょうか?ラウールの法則は上記で述べたことより不揮発性の溶質じゃないと成り立たない気がするのでですがどうでしょうか?
お手数をおかけしますが、ご存知の方がおられましたら、質問対応よろしくお願いいたします。

薬剤師国家試験93回問17に、【ラウールの法則が成立する溶液について、揮発性溶媒Aの蒸気圧降下の大きさΔPが下式で示されるのは、溶質Bが不揮発性の場合である。ΔP=PA0・XB(PA0:純溶媒Aの蒸気圧、XB:溶質Bのモル分率)】とあり、この問は正解となっていました。

また別のところに、【ヘンリーの法則⇒揮発性の溶質Bの蒸気圧PBは、溶液中に存在する溶質のモル分率(XB)に比例し、以下の式が成立する。 PB=KB・XB (KB:ヘンリーの法則における定数)】とありました。

そして、薬剤師国家試験第87回問21にアセト...続きを読む

Aベストアンサー

たぶん第93回の方のXBは溶液中のモル分率ではなく、系に加えたBの総量の事でしょう。Bが不揮発性ならBの気液平衡を考えなくて良いので、系に加えた総量≒溶液中に存在する溶質のモル分率です。


念のためラウール則・ヘンリー則の定義を確認しておいた方が良いかもしれません。

「気相での成分aの蒸気圧Paが、溶液中のモル分率Xaに比例する」…(※)

(1) aが多い範囲で(※)が成立するときには「ラウール則が成立している」といい、その溶液を「理想溶液」と呼ぶ。
Pa = Pa0・Xa(Pa0は純粋なaの蒸気圧,Xa → 1の極限で Pa = Pa0に帰着)

(2) aが少ない範囲で(※)が成立するときには「ヘンリー則が成立している」という。
Pa = Ha・Xa (Haは比例定数,Xa → 0の極限でPa = 0に帰着)

理想溶液では Pa0 = Ha、実在溶液では一般にPa0≠Ha。


半透膜で仕切られた純粋溶媒と溶液について化学ポテンシャルμのつり合いを考えると、浸透圧Πの式(ファントホッフの式)が求まります。蒸気圧降下ΔPはΠに比例するのでΔP = 定数×Πと表現できます。それをΔP = Pa0・Xbに帰着するために必要な条件は(1)Xbが極小(で成分aの活量Aaについてln Aa ≒ -Xbと書ける)(2)気相が理想気体、ということぐらいなので成分Bの揮発性は関係ないように思います。

参考URL:http://jaguar.eng.shizuoka.ac.jp/lecture/chap/node67.html

たぶん第93回の方のXBは溶液中のモル分率ではなく、系に加えたBの総量の事でしょう。Bが不揮発性ならBの気液平衡を考えなくて良いので、系に加えた総量≒溶液中に存在する溶質のモル分率です。


念のためラウール則・ヘンリー則の定義を確認しておいた方が良いかもしれません。

「気相での成分aの蒸気圧Paが、溶液中のモル分率Xaに比例する」…(※)

(1) aが多い範囲で(※)が成立するときには「ラウール則が成立している」といい、その溶液を「理想溶液」と呼ぶ。
Pa = Pa0・Xa(Pa0は純粋なaの蒸気圧,Xa → 1の...続きを読む

Qショ糖の分解について

ショ糖を加水分解するとグルコースとフルクトースに分解されるんですが、加水分を考えなければショ糖はグルコースとフルクトースに1:1の割合で分解されると考えてもいいんですか?たとえば、10mgのショ糖を加水分解すると、水を考えなければグルコース5mg、フルクトース5mgに分解されると考えられるんでしょうか?

Aベストアンサー

水を考えなければ分解されません。
ショ糖 C12H22O11 + H2O → グルコース C6H12O6 + フルクトース C6H12O6
この反応式で H2O をなくすと H と O の数が合わなくなります。
もし、水溶液で反応して反応に直接関わらないと考えているなら間違いです。
加水分解反応は水が直接関わっているのです。だから、100%加水分解では
  ショ糖 10mg から グルコース 5.26mg と フルクトース 5.26mg
となります。

参考URL:http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter6/lecture1/lect6012.html

Q浸透圧と化学ポテンシャル

浸透圧と化学ポテンシャルの関係がどうもよく分かりません。どなたか教えてください。

Aベストアンサー

#1 さんがおっしゃる程ではないですが,もう少し具体的に質問された方が良いと思います。「浸透圧と化学ポテンシャルの関係」の何処がどう分からないのでしょうか?

 手元の「アトキンス 物理化学」には『平衡においては溶媒の化学ポテンシャルが膜の両側で等しくなければならない』とあります。

 化学ポテンシャルは圧力によって変わります。圧力が等しい場合には,組成が異なる事から膜の両側に化学ポテンシャルの差が生じます。が,一方に浸透圧が加わるとその側の化学ポテンシャルが変化し,膜の両側の化学ポテンシャルが等しくなる(平衡になる)と考えれば良いように思います。

 詳しくは「物理化学」の教科書を御覧になってみて下さい。

Qエネルギーが高いと不安定?

受験時代はこのことを当たり前のように思っていましたが、改めて考えてみると、どうも納得がいきません。この間の授業で先生が「エネルギーの高い分子は不安定だから・・・」とおっしゃったので何でだろうと思いました。
エネルギーが高いものは高いもので存在しているんだから不安定も何もないんじゃないのかって思うのですがおかしいでしょうか。よくエネルギー図などで説明されるのですが、そもそも活性化エネルギーというものが何で存在するのかもわかりませんし、なんだか受験時代に覚えさせられたことにうまく言いくるめられているようで変な気分です。
具体的な理由があれば教えてください。

Aベストアンサー

 これは化学にも物理にも通用する法則です。何故エネルギーの低い状態が安定なのかは誰にも分っていません。ただそれに反する現象がないからそれは一応の真実とされています。科学における真理は常にそうなのです。それは科学では演繹でしか証明できないのでやむを得ないのです。熱力学第二法則も同じですね。

Qモルギブズエネルギー

解いてみたものの、解説がなくどこが間違っているかわかりません。

問)次の物質について、圧力によるモルギブズエネルギーの違いはどれだけか。a.海水(密度1.03cm-3)で海面とミンダナオ海溝(深さ11.5km)の違いを求めよ。
-----

圧力がPiからPfに変化するとき、Gm(Pf)=Gm(Pi)+RTlog(Pf/Pi)より比較すると)+RTlog(Pf/Pi)の部分が違いになってくるから、0.082×298.15(標準状態の温度?)×log(Pf/1(海面は1atm?))…(1)

Pf=9.81×質量密度(1.03)×高さ(11500m)=116199.45Pa
=116.2kPa
1atmは101kPa(確か…)なので116/101=1.15atm

これを(1)式に代入しても、答えの+2.03KJ/molになりません。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

まず,Gの圧力変化ですが,そもそもこの式が違います.質問に書かれているのは理想気体についてのもの.問題は水ですから,圧力による体積変化はないと考えていい場合です.
そもそも温度一定であれば dG=VdP であり,これに PV=nRT の条件を与えて dG=nRT(dP/P),これを積分して質問の式が得られるのです.
しかし,今は水です.V自体,Pに対して定数と見てよいので,dG=VdP はそのまま積分できて ΔG=VΔP しか出てきません.Vは水 1mol=18.0g の体積を使えば,モルあたりのGの違いが出てきます.

つぎに,あなたの計算は単位系がめちゃくちゃです.
すべて,SIで統一するとかしないと,計算が成立しません.
まず,Pf.一万メートルの深海で,水による圧力1atmちょいしかかからないなんて,そこで計算がおかしいと思わなくてはいけません.
1m2 の面積の上に乗っかる水の質量をすべて SI で計算すると,
1.03×10^3(kg/m^3)×11500(m)=1.18×10^7(kg/m2)
これによる重力が
9.81(m^2/s)×1.18×10^7(kg/m2)=1.16×10^8(N/m2)=1.16×10^8(Pa)
気圧にするなら1atm=101325Paから 1.15×10^3 atm,ざっと1000気圧です.
以上から,
ΔG=18.0×10^-6(m^3/mol)×1.16×10^8(N/m2)=2.09×10^3(Nm/mol)=2.09 (kJ/mol)



なお,計算には使いませんでしたが,R も 0.082 と思いこんでいるようです.しかしこの値は単位を l・atm/(mol・K) で取ったときのもの.これだとエネルギー計算とかは面倒です.こういうときは 8.31 J/(Kmol) を使う.というか,単位を常に考えていれば,取り違えることなどないのです.

まず,Gの圧力変化ですが,そもそもこの式が違います.質問に書かれているのは理想気体についてのもの.問題は水ですから,圧力による体積変化はないと考えていい場合です.
そもそも温度一定であれば dG=VdP であり,これに PV=nRT の条件を与えて dG=nRT(dP/P),これを積分して質問の式が得られるのです.
しかし,今は水です.V自体,Pに対して定数と見てよいので,dG=VdP はそのまま積分できて ΔG=VΔP しか出てきません.Vは水 1mol=18.0g の体積を使えば,モルあたりのGの違いが出てきます.

つぎに,あ...続きを読む


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