薬剤師国家試験 令和02年度 第105回 - 必須問題 - 問 5

混合物中の一つの成分の化学ポテンシャルは、圧力と温度が一定の条件下、混合物中にその成分を1 mol加えたときの、系全体の  　　　  の変化量として定義される。 　　　  にあてはまる熱力学量はどれか。１つ選べ。

１　内部エネルギー
２　エンタルピー
３　エントロピー
４　ギブズエネルギー
５　ヘルムホルツエネルギー

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解答　４

化学ポテンシャルµとは、圧力と温度が一定の条件下、混合物中にその成分を1 mol加えたときの、系全体のギブズエネルギー（G ）の変化量である。また、ギブズエネルギーとは、系の自発性に関わる熱力学関数で、定温定圧過程において用いられ、以下の式で表される。

G＝H－T・S
T：絶対温度

ギブズエネルギーが小さいほど熱力学的に安定であるといえる。そのため、定温定圧で系の反応が自発的に進行するとき、系のギブズエネルギーは減少し（ΔG＜0）、系の反応が平衡状態であれば、ギブズエネルギーは一定となる（ΔG＝0）。

１　誤
内部エネルギーUとは、系を構築している原子や分子の運動エネルギー（振動、回転、並進）や、相互の位置関係に基づく位置エネルギー（ポテンシャルエネルギー）のほか、原子や分子を構築している陽子、中性子、電子の運動エネルギーとポテンシャルエネルギーを含めた系のもつ全エネルギーのことである。熱力学第一法則によれば、内部エネルギーの絶対量は必要なく、変化量ΔUが重要であるとなっている。内部エネルギーの変化量ΔUは以下の式で表される。

ΔU＝q＋w（＝q－PΔV ）
q：熱量、w：仕事、P：圧力、ΔV：体積変化

２　誤
エンタルピーHとは、熱含量を示し、以下の式で表される。

H＝U＋P・V

エンタルピーの変化量ΔHにより、化学反応における熱エネルギーの放出または吸収の判断をすることができる。ΔHが負であれば熱エネルギーの放出を伴う発熱反応であり、ΔHが正であれば熱エネルギーの吸収を伴う吸熱反応を示す。

３　誤
エントロピーSとは、系の乱雑さを表す尺度である。物質やエネルギーの乱雑さが増大すればエントロピーは増大し、乱雑さが減少すればエントロピーは減少する。

４　正
前記参照

５　誤
ヘルムホルツエネルギーは、ギブズエネルギーと同様に系の性質を表す状態関数であり、ギブズエネルギーを定温定容過程に置き換えた熱力学的関数である。

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