第16章熱力学

Key Concepts and Summary重要概念とまとめ

Chemical and physical processes have a natural tendency to occur in one direction under certain conditions. A spontaneous process occurs without the need for a continual input of energy from some external source, while a nonspontaneous process requires such. Systems undergoing a spontaneous process may or may not experience a gain or loss of energy, but they will experience a change in the way matter and/or energy is distributed within the system.

化学的過程や物理的過程には、ある条件のもとで一つの方向に自然に進む傾向がある。自発的過程は、外部のエネルギー源からエネルギーを継続して供給する必要なしに起こるが、非自発的過程では、そのような供給が必要である。自発的過程を経験する系では、エネルギーが増加または減少する場合もしない場合もあるが、系内の物質やエネルギーの分布の仕方は変化する。

Chemistry End of Chapter Exercises章末問題

Exercises 1–5練習問題 1–5

Exercise 1問題 1

What is a spontaneous reaction?

自発的反応とは何か。

Solution解き方

A reaction has a natural tendency to occur and takes place without the continual input of energy from an external source.

自然に起こる傾向があり、外部のエネルギー源からの継続的なエネルギー供給なしに起こる反応。

Exercise 2問題 2

What is a nonspontaneous reaction?

非自発的反応とは何か。

Exercise 3問題 3

Indicate whether the following processes are spontaneous or nonspontaneous.

次の過程が自発的か非自発的かを示しなさい。

(a) Liquid water freezing at a temperature below its freezing point

(a) 凝固点より低い温度で液体の水が凍る。

(b) Liquid water freezing at a temperature above its freezing point

(b) 凝固点より高い温度で液体の水が凍る。

(d) A ball thrown into the air

(d) ボールを空中へ投げ上げる。

(e) A raindrop falling to the ground

(e) 雨滴が地面に落ちる。

(f) Iron rusting in a moist atmosphere

(f) 湿った大気中で鉄がさびる。

Solution解き方

(a) spontaneous; (b) nonspontaneous; (c) spontaneous; (d) nonspontaneous; (e) spontaneous; (f) spontaneous

(a) 自発的。(b) 非自発的。(c) 自発的。(d) 非自発的。(e) 自発的。(f) 自発的。

Exercise 4問題 4

A helium-filled balloon spontaneously deflates overnight as He atoms diffuse through the wall of the balloon. Describe the redistribution of matter and/or energy that accompanies this process.

英語のヒント

ヘリウム入りの風船は、He原子が風船の膜を通って拡散するため、一晩で自発的にしぼむ。この過程に伴う物質やエネルギーの再配分を説明しなさい。

Exercise 5問題 5

Many plastic materials are organic polymers that contain carbon and hydrogen. The oxidation of these plastics in air to form carbon dioxide and water is a spontaneous process; however, plastic materials tend to persist in the environment. Explain.

多くのプラスチック材料は、炭素と水素を含む有機高分子である。これらのプラスチックが空気中で酸化し、二酸化炭素と水を生じることは、自発的な過程である。それにもかかわらず、プラスチック材料は環境中に残り続ける傾向がある。説明しなさい。

Solution解き方

Although the oxidation of plastics is spontaneous, the rate of oxidation is very slow. Plastics are therefore kinetically stable and do not decompose appreciably even over relatively long periods of time.

プラスチックの酸化は自発的だが、酸化速度は非常に遅い。そのため、プラスチックは速度論的に安定であり、比較的長い時間を経ても、目立った分解を起こさない。

nonspontaneous process

非自発的過程

process that requires continual input of energy from an external source

外部のエネルギー源からエネルギーを継続して供給する必要がある過程。

spontaneous change

自発的変化

process that takes place without a continuous input of energy from an external source

外部のエネルギー源からエネルギーを継続して供給することなく起こる過程。