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独り言3

 若い頃在籍した大学院の講座が化学系(反応速度論)だったので、物理化学を少しは勉強しました。しかし、ギブズの自由エネルギーと化学ポテンシャルのなんたるかは、全然理解できていなかったのです。何冊も物理化学の本は読んだのですが、いつも曖昧模糊としたものでした。
 それが、最近たまたまクーラン、ヒルベルトの「数理物理学の方法 3」東京図書(1972年刊)第1章§6を読み直す機会がありました。かって一度読んでいた所なのですが、富永昭氏が書かれた「誕生と変遷にまなぶ平衡系の熱力学」を読んでいたとき、なぜか偶然に上記の文献を読み直してみたのです。
 クーラン、ヒルベルトの本を以前読んだときには何にも感じなかったのですが、そのとき読んでいた富永昭氏の文献に触発・導かれて、上記の本に書かれているルジャンドル変換の説明が突然一気に明快に理解できました。そして、以前読んだときには今ひとつしっくり理解できなかった山本義隆氏の「熱学思想の史的展開3 熱とエントロピー」第32章も読み直してみたのですが、このたび明瞭に理解できました。

 

 せっかく理解できたので、ギブズの自由エネルギーと化学ポテンシャルを説明するページをぜひ作ろうと思い立ちました。化学を学ぶ学生で、このことの理解に苦しんでおられる方は多い様に感じます。そのためいつか書きたいテーマでした。
 その準備のために最初に作ったのが、「ルジャンドル変換とは何か」です。これを用いれば、しばらく棚上げ状態になっていた「絶対温度とは何か(積分因子とは何か)」8.“熱力学第二法則の応用”も解りやすく説明できるので、そこの手直しから始めました。しかし、手直ししている内にページ数がどんどん増えてきたので結局「熱力学関数(状態方程式曲面)の性質」として別稿にしました。このページを作ってみてあらためて思うのですが、“熱力学の理解”とは状態方程式曲面”の意味を理解することにつきますね。
 こうして準備が整ったのでやっと「ギブズの自由エネルギー(化学ポテンシャル)とは何か」 を作ることができました。“絶対温度”“エントロピー”はとても難しい概念ですが、それにも増して“ギブズの自由エネルギー”“化学ポテンシャル”の概念は難しいですね。ギブズの思考法はきわめて抽象的で難解ですが、このたび本当にその威力のほどを目の当たりにする思いでした。

 

 そんなこんなで、物理化学を復習していたのですが、その過程で熱力学第三法則(ネルンストの熱定理)が発見された過程がだんだん解ってきて、熱力学第三法則が大法則であると言われる理由がやっと理解できました。
 このことに関して解りやすく説明してある本(山本氏の本)やWebページ(富永昭氏のページ)は少ないので、ついでにその当たりを説明するページもつくることにしました。そうして作ったのが「電気化学ポテンシャルと熱力学第三法則(ネルンストの熱定理)」です。
 “物理化学の理解”は、二つの概念“ギブズの自由エネルギー”“熱力学第三法則”を理解する事につきますね。理解した後に、昔読んだ物理化学の教科書を何冊か読み直してみたのですが、それらがやっと自分なりに理解できました。いままでもがき苦しんだのが嘘のように、“なるほど、なるほど!”という感じでした。

 

 最後にギブズの自由エネルギーと熱力学第三法則の応用として「平衡状態の熱力学(気体の化学反応)」をつくりました。特にこのページの“アンモニア合成の話”はいつか解りやすい説明のページを作りたいと思っていたものです。
 トーマス・ヘイガーの文献(引用していない第T部と第V部)にも書かれている事なのですが、アンモニア合成法の発明は、“我々人類が生きて存続していく事とは何なんだろうか?”と考えさせられるテーマですね。

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