ネルンストの熱定理

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。

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のエントロピー変化 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。ネルンストはエントロピーの概念を避ける形式を頻繁に使用した。^[1]

この定理を別の角度から見ると、ギブスの自由エネルギー( G )の定義から始めることになります。 G = H - TS、ここでH はエンタルピーを表します。 一定の温度と圧力で反応物から生成物に変化する場合、式は次のようになります。 ${\displaystyle \Delta G=\Delta HT\Delta S}$

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、ここに示す図で示されており、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であることがわかっています。ここに示す傾きは、 T → 0として水平極限 0 に達するため、 Δ S → 0であることが示唆され、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・プランクがこれを用い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すべての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。

• セオドア・ウィリアム・リチャーズ
• エントロピ

• デンビー、ケネス（1971）。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

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