吸熱反応とエントロピーについて

Question

反応は、自然現象として エネルギーが低くなる方向に進む と最近学校で学びました。硫酸と水の混合の反応はこれにあてはまっています。しかし、塩化アンモニアと水の反応は吸熱反応なので、エネルギーが大きくなっているので矛盾します。どうしてそうなるんですか？？教えてください。
それを説明するのにエントロピーというものが関わっていると聞きました。エントロピーについては教えてgooにものっていたので、いろいろ読んで少しわかったような気もします…。ですがまだいまいちよくわからないのでそちらの方も教えていただけたら嬉しいです。

101325 · Accepted Answer

> 反応は、自然現象として エネルギーが低くなる方向に進むと最近学校で学びました。

これは、ヘスの法則なんかとは違って、かなり大雑把なお話です。
「化学反応って発熱反応と吸熱反応があるけど、発熱反応の方がずっと多いよね～」
という感じに、軽く考えて下さい。

エネルギーが低くなる方向に反応が進み易いのは、本当です。
にも関わらず、エネルギーが高くなる方向に反応が進むことがあるのは、原子や分子がバラバラにばらける方向に反応は進み易い、という法則があるからです。

エネルギーが低くなる方向と、原子や分子がバラバラになる方向が一致していれば、当然エネルギーが低くなる方向に反応が進みます。

　濃硫酸 ＋ 水 → 希硫酸

この反応では、最初に寄り添い合ってたH2SO4分子が、水中に入ることで離ればなれになっています。

エネルギーが低くなる方向と、原子や分子がバラバラになる方向が逆向きのときは、ケースバイケースです。ケースバイケースなのですけど、室温付近の反応ですと、エネルギーが低くなる方向に進むことが多いです。

　2H2(気体) ＋ O2(気体) → 2H2O(液体)

この発熱反応では、反応前には広い空間を自由に分子が飛び回っていますけど、反応後にはものすごい小さな領域で分子がひしめき合っていますので、原子や分子がバラバラになる方向とは逆向きに反応が進んでいます。

　塩化アンモニウム + 水 → 塩化アンモニウム水溶液

一方、この反応では、原子や分子（やイオン）がバラバラになろうとする傾向の方が、エネルギーを低くしようとする傾向よりも強いので、エネルギーが高くなる方向に反応が進んで、吸熱反応になります。

エネルギーを低くしようとする働きと、原子や分子がバラバラになろうとする働きが拮抗していると、反応は途中で止まります。化学平衡というやつです。

　N2O4(気体) → 2NO2(気体)

という吸熱反応では、N2O4分子がまっぷたつに割れて二つのNO2分子に分かれます。しかし、NO2の数が増えてくるとエネルギーを低くするように、

　2NO2(気体) → N2O4(気体)

という逆反応が起こります。適当なところで、N2O4分子が割れる吸熱反応の速度とNO2分子が再結合する発熱反応の速度が同じになって、平衡状態になります。

他の吸熱反応の例としては、固体→液体の融解がありますが、これも原子や分子がバラバラになる方向に進む反応です。教科書や参考書などで吸熱反応の例を探してみて下さい。原子や分子がバラバラにばらける方向に反応が進んでいるはずです。

storm50 · Answer

1の解答が文字化けしているので書きます。
ΔG=ΔH-TΔS
G　Gibbsの自由エネルギー　H　エンタルピー　T 絶対温度　S エントロピー
ΔG<0ならば反応は自発的に進みます。
詳しくは、物理化学の本をご覧ください。

connykelly · Answer

>塩化アンモニアと水の反応は吸熱反応なので、エネルギーが大きくなっているので矛盾します。

自由エネルギーを考える必要がありますね。以下、WIKIからの引用です。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%8D%E5%BF%9C%E7%86%B1
「化学反応は自由エネルギーが減少する方向に自発的に進行する。自由エネルギー G とエンタルピー H は、温度を T、エントロピーを S とすると
−ΔG = −ΔH + TΔS 
の関係にあるので、定温定圧の場合は
エンタルピーの減少が大きく 
エントロピーの増加が大きい 
ほど反応は進行することを意味する。発熱反応の場合エンタルピー収支が負の為、反応は自発的に進行する。一方、吸熱反応の場合はエントロピーの増加がエンタルピー減少を上回らないと自発的に進行しない。」

>エントロピーについては教えてgooにものっていたので、いろいろ読んで少しわかったような気もします…。ですがまだいまいちよくわからないのでそちらの方も教えていただけたら嬉しいです。

やはり自助努力は必要ですから、熱力学の初等的テキストを読まれるか、ここを参照してみてください。
http://whss.biz/~u-tokyo_s2-3_8_2006/archives/thermo.pdf

吸熱反応とエントロピーについて

> 反応は、自然現象として エネルギーが低くなる方向に進むと最近学校で学びました。

1の解答が文字化けしているので書きます。

>塩化アンモニアと水の反応は吸熱反応なので、エネルギーが大きくなっているので矛盾します。

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