薬剤師国家試験 令和05年度 第108回 - 一般 理論問題 - 問 92

エントロピーに関する記述のうち、誤っているのはどれか。１つ選べ。

１　エントロピー変化ΔSは、可逆的に出入りする熱をqrev、そのときの温度をTとすると、ΔS＝qrev/Tで与えられる。
２　エントロピーの最小値は熱力学第3法則によってゼロと定められる。
３　系と外界（周囲）のエントロピー変化の和が正になる方向に、すべての変化は進行する。
４　エントロピーは系の乱雑さを定量的に表す熱力学量である。
５　外界（周囲）のエントロピー変化を温度で割った熱力学量が、系のギブズエネルギー変化である。

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解答　５

エントロピー（S）は、系の乱雑さを定量的に表す熱力学量（示量性の状態関数）であり、エントロピー変化ΔSは、可逆的に出入りする熱qrevとそのときの温度Tを用いて、ΔS＝qrev/T と定義される。これは、系に加える熱が大きくなるほど、系の中の原子や分子の乱雑な熱運動が大きくなることと、温度が高温であるほど、系の中の原子や分子がすでに乱雑な熱運動をしているため、熱を加えても乱雑さが変化しにくくなることを表している。【選択肢１、４】

また、エントロピーが関わる法則に熱力学第2法則と熱力学第3法則がある。

熱力学第2法則とは、「孤立系（境界を超えてのエネルギーや物質のやりとりが無い系）のエントロピーは増加する。」という法則である。熱力学では系と外界（周囲）を合わせたものを宇宙と呼び、宇宙は孤立系であるため、系と外界（周囲）のエントロピー変化の和は、孤立系のエントロピー変化であり、正になる（増大する）方向に、すべての変化は進行する。【選択肢３】

熱力学第3法則とは、「すべての完全結晶のエントロピーは絶対零度ではゼロである。」という法則である。エントロピーは、温度上昇に伴い増大するため、絶対零度（0 K）において取りうるゼロという値は、エントロピーの最小値となる。【選択肢２】

なお、外界（周囲）のエントロピー変化を温度で割った熱力学量は、系のギブズエネルギー変化となるわけではない。系のギブズエネルギー変化ΔGは、系のエンタルピー変化ΔHと系のエントロピー変化ΔSと絶対温度Tを用いて、ΔG＝ΔH－TΔSと表せる。

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