熱力学と動力学

熱力学と動力学は、いずれも物理科学に端を発し、科学に多くの進歩をもたらした科学原理であり、その応用は科学や工学の多くの分野に及んでいる。化学の分野では、この2つの言葉は実は密接な関係にある。

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熱力学」という名称自体が、その意味を示唆しており、温度に関する「熱」と変化に関する「力学」を指すことがある。したがって、より緩やかに、温度によって起こる変化と考えることができる。これらの変化は、物理的および化学的な性質のものである可能性があります。化学的に起こる変化を「化学反応」と呼び、これが化学熱力学を生み出す。

より一般的な言及として、熱力学は物体/状態およびプロセスに関連する原理として記述することができる。通常、このプロセスにはエネルギーの移動が含まれ、それは熱と仕事の2つの異なるグループに分けることができる。あるエネルギーの状態が別の状態に変化することを「仕事が行われた」と言います。エネルギーとは、基本的に仕事をする能力のことです。温度差によってシステムのエネルギーが変化することを熱流と呼びます。

したがって、熱力学は主にエネルギー論に関係し、これらの変化が起こる速度についての説明はない。状態・物体とプロセスに関わる速度とエネルギーの区別は、熱力学が化学反応のエネルギー論と平衡位置のみに関わる化学科学において非常に明確である。

平衡とは、反応物と生成物の両方が存在し、すべての化学種の濃度が時間とともに変化せず、標準的な条件下で反応を行ったときに特定の反応が起こる位置のことである。熱力学は、生成物のエネルギーが反応物のエネルギーより小さいので、ある反応が必ず起こることを予測することができる。しかし、実際には、ある反応をかなりの速度で進行させるために、動力学的な原理が必要になることがある。

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化学科学の分野では、キネティクスが頻繁に登場する。そのため、化学反応が起こる速度、または化学平衡に達する速度に関係する。化学反応速度の制御には、さまざまなパラメータが関係している。

関係する分子は、正しい方向に十分なエネルギーで衝突しなければならない。この条件を満たすものであれば、化学反応の速度を上げることができる。どんな化学反応にもエネルギー障壁がある。これを活性化エネルギーという。反応が起こるためには、分子のエネルギーがこのエネルギーより大きくなければならない。温度を上げると、活性化エネルギーより大きなエネルギーを持つ分子の割合が多くなり、反応速度が速くなる。表面積を増やすと衝突が多くなり、濃度を上げると反応する分子の数が増えるので、反応速度が速くなります。触媒は活性化エネルギーの障壁を低くし、反応を起こしやすくするために使用されます。

• 熱力学は、ある状態から別の状態に移るときのエネルギー論と平衡位置だけに関係し、運動学は、状態間のプロセスの速度に関係するものである。

• 化学の科学では、熱力学は反応が起こる距離を、動力学は反応が起こる速度を教えてくれる。