純物質の状態に関する記述 101回薬剤師国家試験問91の1,2,4
101回薬剤師国家試験 問91の1,2,4
下図は、ある純物質のエントロピーの温度依存性を示したグラフである。
純物質の状態に関する記述の正誤を判定してみよう。
1 物質の温度Tが0<T<T1の領域では、気体の状態にある。
2 物質の温度TがT1<T<T2の領域では、固体の状態にある。
4 儡2・T2の大部分は、気化エンタルピーの変化量に由来する。
101回薬剤師国家試験 問91の1,2,4 解答解説
加熱により温度が上昇するに伴い、
分子や原子の熱運動が激しくなり、
乱雑さは増加するので、
エントロピー(S)は増加する。
1 × 物質の温度Tが0<T<T1の領域では、気体の状態にある。
→ 〇 物質の温度Tが0<T<T1の領域では、固体の状態にある。
2 × 物質の温度TがT1<T<T2の領域では、固体の状態にある。
→ 〇 物質の温度TがT1<T<T2の領域では、液体の状態にある。
4 〇 儡2・T2の大部分は、気化エンタルピーの変化量に由来する。
以下、詳細
エントロピー(S)は、その変化量(儡)が次の式で定義される。
転移点(融点・沸点)では、温度・圧力一定で、
可逆的に系に熱が出入りしている状態であり、
先ほどの@式が成り立つ状態である。
よって、
相転移に伴うエントロピー変化(転移エントロピー:儡 転移)は、
次のA式で表される。
仕事が体積変化に伴う仕事(膨張・圧縮)に限られる場合、
定圧条件下で系に出入りする熱(q p)はエンタルピー変化(僣)に等しい。
よって、
転移エントロピーについて次のB式が成り立つ。
B式を変形すると、次のC式が成り立つ。
凾r転移・T転移 = 僣転移
したがって、
融点における融解,および,
沸点における蒸発について、
次式が成り立つ。
凾r融解・T融点 = 僣融解
凾r蒸発・T沸点 = 僣蒸発
以上より、
設問の図は下記のように表せる。
設問の図より、
融点における融解について次が成り立つ。
凾r1・T1 = 僣融解
また、沸点における蒸発(気化)について次が成り立つ。
凾r2・T2 = 僣蒸発