化學原理啟迪242
The Effect of Temperature on Spontaneity
1. 為了瞭解系統亂度變化ΔSsys和周遭亂度變化ΔSsurr如何決定宇宙亂度變化ΔSuniv的正負號，我們將好好討論1mole水從液態變成氣體的過程
H2O(l)→H2O(g)
水是反應的「系統system」，其餘的部分都是「周遭surrounding」環境。
2. 在這個反應過程中，水的亂度有什麼不同呢？1mole的液態水（18g）體積大約是18mL。在1atm和100℃時，1mole水蒸氣的體積大約是31L。很明顯地，31L的體積比18mL的體積，更能提供較多的移動空間給水分子。
3. 1mole水蒸氣在1atm和100℃時體積變大，位置機率positional probability提高，使得水的蒸發變得十分容易。也就是說，這個反應程序的系統的亂度增加；ΔSsys是正號。
4. 那麼周遭的亂度變化ΔSsurr又如何呢？周遭亂度的改變，主要取決於系統的能量（以熱的形式）流入或流出的情形。
5. 假設有一個散熱反應程序，把系統中50 焦耳的能量，以「熱」的形式運送到周遭，並且在周遭環境變成熱能，也就是變成與原子隨機運動有關的動能。系統流到周遭的能量，增加周遭原子的隨機運動，周遭的亂度變化ΔSsurr是正號。
6. 當系統進行的是吸熱反應程序，它產生的亂度效果是相反的。「熱」從周遭流到系統，造成周遭原子的隨機運動下降，減少周遭的亂度。水的蒸發就是吸熱反應程序，因此，它的周遭亂度變化ΔSsurr是負號。
7. 「宇宙亂度變化ΔSuniv」的正負號能告訴我們水的蒸發是不是自發性的。我們已經知道，水的蒸發是吸熱反應，「系統亂度變化ΔSsys」是正號，表示對反應程序進行有利的，「周遭的亂度變化ΔSsurr」是負號，表示對反應程序的進行不利。所以組成「宇宙亂度變化ΔSuniv」的二個因素的正負號剛好是相反的；結果到底是哪一個因素控制了反應？
8. 答案是，關鍵在於溫度。1atm的壓力下，如果溫度超過100℃，水從液體變成氣體的反應是自發的；如果溫度低於100℃，相反的反應程序（水蒸氣凝結成水）是自發的。
9. 在水的蒸發反應中，系統的亂度變化ΔSsys與周遭的亂度變化ΔSsurr是相反的，所以溫度對這二個因素的影響非常大。為了瞭解原因，我們必須更仔細地討論控制周遭亂度變化的因素。核心就是，周遭的亂度變化主要控制在熱的流動。
10. 一個系統進行散熱反應程序，會使得周遭的亂度增加，因為能量從系統流到周遭，增加周遭分子的隨機運動。所以，散熱是引起自發性反應的一股重要的驅動力量。
11. 在散熱反應程序，系統進行的反應傾向於降低它的能量。當一個系統在恆溫下朝向更低能量的方向進行反應時，它放棄的能量會轉移到周遭；其中有些能量轉換成熱，造成周遭的亂度增加。
12. 散熱是自發性反應的驅動力量，這股力量的大小取決於反應產生時的溫度。周遭亂度變化ΔSsurr的大小取決於溫度。
13. 假設你打算施捨50美元，把這筆錢給百萬富翁，感覺不太值得，因為百萬富翁錢多到用不完。但是如果給一個貧困的大學生，就蠻值得的，而且也會得到比較多的快樂。同樣的原則適用於能量的移動。
14. 假設系統有50焦耳的能量要轉移到周遭，轉移順利與否，深受溫度的影響。如果周遭的溫度非常高，周遭的原子快速運動。從系統流出來的50焦耳的能量就不會對這些原子的運動有什麼太大的改變。
15. 另一方面，如果系統傳遞到周遭的50焦耳能量是在非常低的溫度中進行，周遭原子的運動很慢，那麼流出來的能量就會造成原子運動很大幅度的改變。
16. 從周遭流到系統或從系統流到周遭的能量，會以「熱」的形式轉移，固定大小的移動能量，在低溫下進行轉移，對原子運動（亂度）的影響較大。
17. 周遭的亂度變化有二個重要特徵：
一、周遭亂度變化ΔSsurr的正負號取決於熱的流動方向。在恆溫下一個系統的散熱反應程序會使熱流到周遭，增加周遭原子、分子的隨機運動，也因此增加周遭的亂度。這種情況的ΔSsurr是正號。
這個原則常以能量來說明。系統有一種傾向就是追求最低能量，方法就是把能量用熱的形式轉移到周遭，這個現象是自然界推動自發性反應的重要驅動力。
二、周遭亂度變化ΔSsurr大小取決於溫度。假如系統釋放或吸收的能量大小是固定的，這個反應程序在低溫狀態下進行，會比高溫下，更大幅度改變周遭原子或分子的隨機運動。
所以周遭的亂度變化大小，直接取決於轉移的熱的份量以及溫度（溫度愈低、亂度的改變幅度愈大）。換句話說，在低溫的時候，系統追求更低能量的傾向，會成為一股驅動自發性程序的更大力量。
18. 能量流動提供的驅動力（熱）
＝周遭亂度變化的幅度
＝（系統釋放或吸收的能量）熱的份量（J）/溫度（K）
19. 這些觀念摘要如下
散熱程序 ＝＋（系統釋放的能量）熱的份量(J)/溫度(K)
吸熱程序 ＝－（系統吸收的能量）熱的份量(J)/溫度(K)
20. 如果一個反應是在恆壓下進行（系統做的功是壓力×體積 only PV work is allowed），周遭亂度變化ΔSsurr也可以用焓變化ΔH來說明，因為在這樣的條件下
熱流動（恆壓）＝焓變化＝ΔH
21. 焓變化包含二個部分：正負號sign和數值number。正負號sign指出熱能流動的方向；正號＋代表能量流入系統（吸熱），負號－代表能量流出系統（散熱）。數值number指出能量的多寡。
22. 所有的觀念結合在一起，得到恆溫（K）與恆壓下，周遭亂度變化的定義：
ΔSsurr＝－ΔH/T
23. 我們一定要註明「負號－」，因為焓變化ΔH的數值來自於反應系統，但是我們注意的是周遭的能量如何，周遭的能量獲得或失去能量，剛好跟系統的獲得或失去能量的情況相反。
24. 如果反應是散熱，系統失去能量，ΔH是負號－；但是這個時候熱是流到周遭，周遭獲得能量，ΔSsurr是正號。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 熱力學第二定律認為，宇宙的亂度不斷地增加是一種自然的趨勢。所以，如果有一個「反應過程」，能夠讓系統與周遭的亂度增加，就會進行得比較容易，可以自發性地產生。
2. 但是現實上，有些反應是吸熱，系統亂度增加，周遭亂度減少；有些反應是散熱，系統亂度減少，周遭亂度增加；這種情況進行的反應，它的「宇宙亂度」到底是增加還是減少呢？會不會自發性地產生呢？這要看反應進行時的溫度和反應使能量往哪個方向轉移。
3. 如果一個反應是吸熱的，能量從周遭轉移到系統，增加系統的亂度，減少周遭的亂度，這個時候如果周遭的溫度高，對反應的進行是有利的，例如水的蒸發。
4. 液態水要變成水蒸氣的過程會吸熱，而且液態水的溫度必須超過100℃的沸點才能變成水蒸氣；所以如果周遭的溫度高於100℃，就有源源不絕的能量可以送給液態水，增加水的亂度，讓它們變成氣體。如果周遭溫度低於100℃，就無法提供水蒸發所需的能量。
5. 相反地，如果一個反應是散熱的，「能量」從系統轉移到周遭，減少系統的亂度，增加周遭的亂度，這個時候如果周遭的溫度低，對反應的進行是有利的，例如水蒸氣的凝結。
6. 水蒸氣要變成液態水，這個反應過程是散熱，水蒸氣需要把能量釋放到周遭來減低亂度；這個時候，如果周遭的溫度是低溫、低於100℃非常多，那麼周遭就有能力降低系統的能量，這樣水蒸氣凝結為水的反應就會自發性地進行。
7. 簡單說，散熱反應是系統的能量流到周遭，周遭溫度愈低，愈有助於反應的進行；吸熱反應是系統吸收周遭的能量，周遭溫度愈高，愈有助於反應的進行。在恆壓下進行的反應，「周遭的亂度」就是「系統反應釋放或吸收的能量」÷「溫度」：ΔSsurr＝－ΔH/T。
8. 社會上的財富是有一定數量的，如果有錢人愈來愈有錢，就代表其他人的財富減少；如果有錢人變窮，也代表他流失的財富分配給了社會上其他的人。所以，最近幾年台灣貧富差距愈拉愈大，代表社會的資源愈來愈集中在少數的權貴階級手上。
9. 有錢人愈來愈有錢，有的是因為他們比別人聰明、努力、辛苦奮鬥，因此獲得應該有的報酬；有些人獲得財富卻是利用官商勾結的機會，或提早得到別人不知道的資訊，因此獲得暴利，台灣各地方政府的「土地徵收」政策，絕大部分都是政客找親友炒地皮的結果，主要的目的就是為了剝削、壓榨比較弱勢的人。
10. 就像控制恰當的溫度可以讓反應自發性地進行，新聞媒體、意見領袖應該要嚴厲地批判、監督政治權貴階級，批判的力度應該按照權力的大小、符合比例原則，這樣才能讓社會的「權力」公平分配，不會過度集中在某些人手上。
11. 國家每年的稅收是一定的，但是要分配到什麼樣的地方會造成不同的結果，政府把大部分的國家預算用在教育投資？改善城鄉差距？照顧社會弱勢？還是圖利有錢人？富邦金控可以併吞台北銀行，就是標準的政客圖利財團，其中還包含性招待。
12. 老農年金如果沒有排富，就是一種不公不義的政策；軍公教的退休金如果沒有排富，就是一種不公不義的政策；國民黨的黨產如果沒有分給台灣所有的政黨，那就是違憲、不公不義；監察委員的品德如果不如陳樹菊，一定是社會敗類，絕對不可能例外。
13. 在恆壓下進行的反應，「周遭的亂度」就是「系統反應釋放或吸收的能量」÷「溫度」：ΔSsurr＝－ΔH/T。
14. 權貴階級（系統吸收的能量）的財富如果太多，貧富差距太大，那麼，中低收入戶（周遭）會出現二種狀況：一、自暴自棄，失去求生意志，因此會產生更多的遊民或自殺案件。二、會眼紅嫉妒仇視有錢人，因此綁票、暗殺的案件會增多。
15. 經濟要正常地發展，一定要建立在公平正義的基礎上；民主政治的發展，也一定要建立在公平正義的社會基礎上。社會制度或法令不公平、不正義，一定會產生貧富差距拉大，權貴階級以大欺小。
16. 同樣地，政黨之間如果貧富相差太大，會造成什麼後果？一定會造成不公平競爭，無法選賢與能，有錢的政黨一定會成為貪腐的烏合之眾。
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