ネルンストの熱定理

ヴァルター・ネルンスト

ネルンストの熱定理は、20 世紀初頭にヴァルター・ネルンストによって定式化され、熱力学の第 3 法則の開発に使用されました。

定理

ネルンストの熱定理によれば、絶対零度に近づくにつれて、化学的または物理的変化におけるエントロピー変化 Δ S は0 に近づきます。これは数学的には次のように表現できます。

${\displaystyle \lim _{T\to 0}\Delta S=0}$

上記の式は定理の現代的な表現である。ネルンストはしばしばエントロピーの概念を避けた形を用いた。^{[ 1 ]}

エンタルピーと自由エネルギーはどちらも傾きがゼロで、温度が絶対零度に近づくと等しくなります。

この定理を別の角度から考察するには、ギブスの自由エネルギー（G）の定義から始めると良いでしょう。ここで、Hはエンタルピーを表します。一定の温度と圧力下で反応物から生成物への変化について、式は となります。 ${\displaystyle G=H-TS}$ ${\displaystyle \Delta G=\Delta HT\Delta S}$

T = 0の極限では、この式は Δ G = Δ Hに簡約されます。これはここに示した図に示されており、実験データによって裏付けられています。^{[ 2 ]}しかし、熱力学では Δ G曲線の傾きは−Δ Sであることが知られています。ここに示した傾きはT → 0のときに水平極限の 0 に達するため、Δ S → 0 が成り立ち、これはネルンストの熱定理です。

ネルンストの熱定理の重要性は、後にマックス・プランクがこれを利用して熱力学の第三法則を導いたことです。第三法則とは、完全な内部平衡状態にある純粋で完全に結晶化した均質な物質のエントロピーは絶対零度で 0 になるというものです。

参照

• セオドア・ウィリアム・リチャーズ

参考文献と注釈

1. ネルンスト、ワルター (1926). 『新熱定理』メシューエン・アンド・カンパニー社.– 1969年にドーバー社から再版 – 特に78～85ページを参照
2. ネルンスト、ワルター (1907). 『熱力学の化学への実験的・理論的応用』ニューヨーク: チャールズ・スクリブナー・サンズ. pp.  46.ワルター・ネルンスト.– 図のラベルが変更されました。元のラベルはそれぞれΔGとΔHでしたが、AとQでした。

さらに読む

• デンビー、ケネス（1971年）『化学平衡の原理』（第3版）ケンブリッジ大学出版局特に421～424ページをご覧ください

外部リンク

• ネルンストの熱定理