”ギブス自由エネルギー”を考えてみよう⑵

「撹拌の立場から乳化をイメージしよう【ギブス自由エネルギーのイメージ①】」の続きとなります。

引き続き，ギブス自由エネルギーに関する抽象的な話となります。

必要に応じて，読み飛ばすようにしてください。

📝[memo]　メインである「かくはんとは」のコンテンツからは少し逸れてしまいますが，知っておくと理解が深まります。

体力が限界に達すると仕事はできない

これまでの説明のように，”ギブス自由エネルギー”について，会社で働いている様子になぞらえて考えてみたいと思います。

それでは，さらにゼロカマさんが仕事をし続けた場合はどうなるでしょうか？

労働の立場から考えてみる

状態3

ゼロカマさんの体力は5となり，既に体力の限界となってしました。

「仕事C」をするように指示があっても体力がないため，これ以上仕事をすることができません。

状態4

しかしながら，ゼロカマさんは無理やり「仕事C」をしたため，エネルギーを3だけ消費してゼロカマさんのエネルギーは2になりました。

このようなことはあり得るのでしょうか？

実際は，ゼロカマさんの健康を害してまでこのようなことをすることはあり得ません。

仕事に使うことができる体力は限られているため，このような状態4は起こらないのです。

すなわち，ゼロカマさんの体力が限界に達した後はこれ以上仕事をすることができないため，体力の変化量は0になります。

言い換えると，ゼロカマさんの体力が限界に達するまで仕事をすることができるともいえます。

…ということは，少し変な表現となりますが次のように理解することができます。

将来，ゼロカマさんの体力に変化がない（変化量0）ことが明らかであれば，ゼロカマさんは外部に対して何らかの仕事（化学変化）をすることはなく，自らは疲れた状態のままで変化（状態変化）しません。

📝[memo]　何も変化は起こらず，現状維持をするということです。

自然現象の立場から考えてみる

今回もゼロカマさんが働いている様子を「ギブス自由エネルギー」になぞらえて，自然現象について考えてみたいと思います。

これまでと同様に，自然現象が引き起こされる範囲を特定したいので，系（周囲の環境とは切り離して考えた部分空間）という概念を導入します。

ここで，「ゼロカマさん＝系」「体力＝ギブス自由エネルギー」に置き換えることにします。

状態3

系のエネルギーは5となり，平衡（安定でバランスが取れた状態）に達しました。

「仕事C」をするように促しても，系は安定なのでこれ以上仕事をすることはありません。

厳密には平衡の考え方とは異なる点が生じていますが，ここではこのように解釈することにします。

すなわち，系が平衡に達した後は仕事をすることができないため，ギブス自由エネルギーの変化量は0になります。

言い換えると，系が平衡に達するまでは仕事をすることができるともいえます。

…ということは，少し変な表現となりますが次のように理解することができます。

将来，系のギブス自由エネルギーに変化がない（変化量0）ことが明らかであれば，系は外部に対して何らかの仕事（化学変化）をすることはなく，別の状態へと変化（状態変化）しません。

系は，名前通り自由に使えるエネルギーが限られていて，それが無くなって平衡に達すると化学変化を引き起こさなくなるのですね。

ここで，”ギブス自由エネルギー”に関するイメージをまとめておきましょう。

• 将来，ゼロカマさんの”体力が減っていかない”のであれば，ゼロカマさんは”仕事をしない”。
• その結果，ゼロカマさんは疲れた状態のままで何も変化しない。

つまり，ゼロカマさんの体力を調べた結果，ゼロカマさんの”体力が減っていかない”のであれば，ゼロカマさんは疲れた状態のままで何も変化しないことがわかりますね。

そして，これらのイメージを”ギブス自由エネルギー”として少し厳密に表現し直すと，次のように言うことができます。

系が平衡に達するとギブス自由エネルギー変化は0となり，見かけ上，系の状態は変化しない。

👉　ギブス自由エネルギー変化が0であれば，その自然現象は自発的に進行（状態変化）しないことがわかる。

すなわち，様々な自然現象が自発的に引き起こされるか否かを”ギブス自由エネルギー”（の変化量）から評価できるようになります。

ギブス自由エネルギーのイメージは以上になります。

非常に抽象的な話が続いたので，大変だったかもしれません。