エネルギー保存の法則と質量保存の法則

質問

「エネルギー保存の法則」を「質量保存の法則」まで含めた形で表現するにはどうすればいいでしょうか？
お返事待っています。

回答No.1

ryumu · ベストアンサー

えっとですね、これは完全な記述は難しいと思いますよ。これは化学反応前後におけるエネルギー保存則の記述ということでしょう？
でもおもしろそうですね。

まず「エネルギー保存則」ですが、これは”孤立系”（他との相互作用が無い系）で初めて成り立つ法則です。従って、孤立系では反応後にでた熱は生成分子の何らかのエネルギーに含まれることになります。

一方、「質量保存の法則」は”化学反応における反応物質の質量の総和は、反応の前後で同じである”という法則です。この法則をエネルギー保存則にあらわに出すなら、式の中に質量を含む項と含まない項に分ける必要がありますね。しかも反応熱などというのも考慮する必要があります。

まあ、あえて質量が関与している項の引き出しを考えてみましょうか。おおざっぱですが・・・

では考えられるエネルギーは何か？

まず、反応前後の各分子の位置エネルギーなどのいわゆるポテンシャルエネルギーというのもありますね。これをＶとしましょう。ただし、これは分子内における相互作用（化学結合等）は含まないことにします。あくまで分子外から及ぼされるものとします。

次は分子の運動エネルギーですね。これは一般に、

（質量）×（速度の２乗）÷２

で表せる量です。これは厳密には”並進運動のエネルギー”とよばれるものです。これをＫと表します。
しかし分子には並進運動以外に、回転そして振動という運動もありますよね。
ここで重要なのは、化学反応によって物質はその構造を変化させ得るということです。これら回転および振動の運動エネルギーをまとめてＴとします。これは当然質量が関与しますが、構造によって表現式はそれぞれ異なるはずです。ＫもＴもいわゆる”熱”として観測されるものです。

さらに忘れてはならないのが、化学反応は”分子内の化学結合のエネルギー”を変化させ得るということです。この分子”内”の化学結合のエネルギーをＱとします。

すると全エネルギーは、

Ｅ＝Ｖ＋Ｋ＋Ｔ＋Ｑ

となります。したがって、Ｔを質量をあらわにして表現出来れば、あとは何とかして、反応前後の質量を計算して比較すれば、いいのではないのでしょうか？

・・てやっぱり難しいんじゃない？？・・・

お礼

ごていねいなお応えありがとうございました。
でも、この問題ってかなり難しいですよね。