熱力学第一法則(エネルギー保存則)は、物理・化学変化が自発的に起こるかどうかを予想する判断基準になる。

自発変化は、物質が秩序だって集合しようとする傾向をもつ

自発変化において、物質は乱雑に散らばろうとする傾向にあるが、エネルギーはそういう方向にない。

エントロピーは、系の無秩序性の指標となる。

エントロピーは、熱に関する示強性の状態関数である。

熱力学におけるエントロピーの変化ΔSは、可逆的に吸収した熱qrewを系の絶対温度で割った値と定義される。

S=kbInWと表される式は、熱力学的なエントロピーの定義である。ただし、kBはボルツマン定数、Wは状態の数である。

水にインクを数滴垂らし、インクが水全体に広がる時、エントロピーは増大する。

系が体積一定のまま温度が下がる時、エントロピーは増大する。

系が温度一定のまま膨張するとき、エントロピーは増大する。

気体の水が固体の水に昇華する時、エントロピーは増大する。

系の物質が化学反応により結合が切れてバラバラになる時、エントロピーは増大する。

気体Aと気体Bが温度一定のまま混合する時、エントロピーは減少する。

エントロピーは熱量系を用いて測定できる。

理想気体の状態変化において、気体の膨張仕事の最大値は予測できるが、気体の圧縮に要する仕事の最小値は予測できない。

理想気体の状態変化において、等圧変化で系が熱qを吸収する時、q/Tは状態関数である。

ある状態から別の状態に変化する時、エントロピーの変化量は経路が異なれば、異なった値を取る。

理想気体の状態変化において、可逆的な膨張で気体が吸収する熱qrewは、不可逆的な膨張で吸収する熱qirrevより常に大きい。

孤立系のエントロピーは、平衡状態では一定である。

孤立系で不可逆反応が起これば、エントロピーは増大する。

理想気体の状態変化において、自発的な変化が常に起こる時、系の(=全ての系において)エントロピーは常に増加する。

孤立系のエントロピーは、可逆過程では一定であり、不可逆過程では増大する。

熱力学第二法則は、「少しも変化を残さないで、熱とそれと当量の仕事に変化することはできない」と表現される。

理想気体の状態変化において、仕事と熱は相互に完全に変換できるエネルギーである。

熱は、自発的に低温から高温に移動する場合がある。

理想気体の状態変化において、熱力学第二法則は、孤立系に対して自発性の判定基準を与える。

熱力学第三法則でいう純物質の完全結晶のエントロピー(絶対値)は、絶対零度では０である。

結晶物質のエントロピー(絶対値)は、０Kの時ゼロである。

ギブスエネルギーGの定義式は、G=H-TSで表される。

温度、圧力一定で自発的に反応が起こる時、系のギブスエネルギーは減少する。

ギブスエネルギーはエントロピーSとエンタルピーHの関数であり、絶対温度Tには依存しない。

自発的な反応は、系のギブスエネルギーが増加する方向に進む。

自発的な反応は、必ず宇宙の全エントロピーが減少する方向に進む。

発熱反応でエントロピー変化が正を示す反応は、温度に無関係に自発的に起こる。

自発的に起こる化学変化は全て発熱変化である。

定温定圧条件下、系内の反応が自発的に起こる時、系のギブスエネルギーは増大する。

吸熱反応であっても、高温でエントロピーは増大し、自由エネルギーの変化量が負になる化学変化が自発的に起こる。

1molの理想気体が状態1(0℃、10L)かた状態2(35℃、25L)まで可逆膨張する時のエントロピー変化ΔSを求める(温度と体積が同時に変化している)。この時、エントロピー変化ΔSを直接代入して計算できる公式はない。

状態1(温度T、体積V)から状態2(温度V、体積V)への温度変化を伴う気体の膨張におけるエントロピー変化を計算する時、中間の状態M(温度T、体積V)を仮定して、2段階の可逆的な変化のエントロピー変化の合計とすれば計算できる。

状態1(温度T、体積V)から状態2(温度T、体積V)へのエントロピー変化ΔSは、nCvmIn(T2/T1)+nRIn(V2/V1)と表される。なお、Cvmは定積熱容量、Rは気体定数である。

系は反応において可逆的に吸収した熱(qrev)sysは、外界が可逆的に失った熱(qrev)surrと等しい

標準状態(1bar、25℃)において、外界が可逆的に失った熱(qrev)surrは、系の標準エンタルピーをΔHとすると、-ΔHに等しい。