化學原理啟迪252
1. 【例題】有一個合成甲醇（CH3OH）的方法，是用氣體一氧化碳CO和氫氣H2進行反應
CO(g)＋2H2(g)→CH3OH(l)
計算溫度25℃下，壓力5.0atm的一氧化碳和壓力3.0atm的氫氣轉換成液態甲醇這個反應過程的ΔG。
2. 【解題】我們將利用這個方程式，計算這個反應程序的自由能變化ΔG
ΔG＝ΔG°＋RT ln(Q)
3. 首先，我們要從標準生成自由能計算ΔG°，因為
ΔG°f [CH3OH(l)]＝－166kJ
ΔG°f [H2(g)]＝0
ΔG°f [CO(g)]＝－137kJ
因此ΔG°＝－166kJ－（－137kJ）－0°＝－29 kJ＝－2.9×104J
4. 特別留意，這個反應的ΔG°值是1 mol的CO與2mol的H2反應產生1mol的CH3OH。我們可以說，這個ΔG°值是1單位反應或1mole反應的標準自由能變化ΔG°，因此ΔG°的數值更精確的寫法是－2.9×104J/mole of reaction或－2.9×104J/mole rxn。
5. 現在我們可以計算ΔG
ΔG°＝－2.9×104J/mole rxn
R＝8.3145J k－1mol－1
T＝273+25＝298K
Q＝1/(PCO)(PH22)＝1/(5.0)(3.0)2＝2.2×10－2
6. 特別留意，液態甲醇不在反應商數Q的計算範圍內，因為純溶液的活性是1。
7. ΔG＝ΔG°＋RT ln(Q)
＝（－2.9×104J/mole rxn）＋[8.3145J k－1mol－1]（298）[ln(2.2×10－2)]
＝（－2.9×104J/mole rxn）－（－9.4×103J/mole rxn）
＝－3.8×104 J/mole rxn
＝－38 k J/mole rxn
8. 特別留意，ΔG的負數比ΔG°的負數，數字更大、更負數，這顯示當反應物的壓力大於1atm時，反應的自發性更強，這個結果符合勒沙特列原理。
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
徐弘毅：
1. 根據《熱力學第二定律》，所有自發性的反應程序，它的宇宙亂度Suniv都是持續增加的。
2. 所有自發性反應程序，它的自由能G都是下降的；因為自由能G是指限制物質的組成分子與原子變得更自由、更獨立的能量；一個反應如果是自發性的，代表這個反應是朝著亂度不斷增加的方向變化，也代表限制組成物質的分子與原子獲得自由的力量下降。
3. 一般的情況下，我們的直覺會認為，物質如果從氣體變成液體，分子之間的引力變強，每個原子的自由度應該是下降，自由能應該是增加，對嗎？但是，氣體一氧化碳CO和氫氣H2進行反應變成液態的甲醇（CH3OH），它的標準自由能是負的，為什麼？
4. 要考慮分子的構造。因為「宇宙的亂度」是「系統的亂度」加「周遭的亂度」。系統指物質分子內的小世界，如果物質系統內的亂度增加非常多，而周遭亂度沒有下降太多或是周遭亂度是增加的，那麼整體的宇宙亂度還是增加的。以合成甲醇（CH3OH）的反應來說，它分子系統內的原子亂度是增加的。
5. 以「氫H」的處境來看，「氫原子H」在「氫氣H2」中，比在「甲醇CH3OH」中，被控制得還要嚴密。「氫氣分子H2」的2個「氫原子」彼此是引力相當，形成的化學鍵是中性，比較穩定、不太會伸縮。
6. 但是「甲醇」中的氫原子，「氫」與「氧」形成的化學鍵是極性的，「氫」的價電子比較靠近「氧」，帶正電的氫原子核為了維持自己的平衡，不斷地與氧競爭自己的價電子，造成化學鍵不停伸縮、擺動，氫原子一下靠近氧原子，一下遠離，這樣的「氫－氧」鍵結構比較鬆散、亂度比較高。
7. 同樣的情況發生在「碳」與「氧」身上。「一氧化碳CO」對「碳」與「氧」的控制得比較嚴，「甲醇CH3OH」對「碳」與「氧」的控制比較鬆散。雖然「氧O」具有負電性，會搶奪其他原子的電子，但是因為「碳C」的原子核質量差不多，所以「碳－氧」鍵接近中性，相當穩定，不太會伸縮。
8. 使「甲醇CH3OH」的「碳－氧」化學鍵伸縮擺動、亂度增加的其他因素尚有：(1)立體阻礙：「碳」與3個「氫」連接，形成一個「CH3甲基原子群」；「氧」與「氫」連接，形成一個「OH氫氧基」；由於每個原子都會自然朝各種方向擺動，使得這二個官能基很容易互相碰撞，造成「碳－氧 C－O」化學鍵伸縮動搖。
9. (2)氫鍵：「OH氫氧基」的「氧」具有負電性，會與其他「甲醇」或「水分子」的「氫H」互相吸引，形成氫鍵；這種拉扯力量造成甲醇分子容易與其他分子碰撞，逼得「碳－氧鍵」不斷伸縮擺動來調整因應。
10. 由於甲醇液體中，每個分子、原子都不斷地活動、亂度很大，彼此之間的引力十分鬆散，因此液態的甲醇十分容易揮發成各自獨立的氣體分子。所以，「氫氣H2」與「一氧化碳CO」氣體變成液態「甲醇」，不但組成甲醇分子的各個原子變得比較鬆散，長遠來看，甲醇分子也朝著各自分開的方向變化，整體亂度是增加的，自由能是負的。
11. 為什麼增加氫氣與氧氣的壓力，會使反應的自發性地更強？這個問題要考慮系統與周遭的能量流動。舉例來說，在－10℃的時候，水分子處在冰塊的狀態比較穩定，這時冰塊變成水不是自發的，而水蒸氣變成冰塊是自發的。
12. 如果我們增加「氫氣」與「一氧化碳」氣體的壓力，為了抵銷外在壓力，氣體會自發性地變成液體，來減輕壓力，這是勒沙特列原理。
13. 從反應機制觀察，增加壓力，會縮減氣體體積，這造成「氫氣」與「一氧化碳」氣體分子彼此之間的距離縮短，互相碰撞的頻率更高，增加反應成為液態分子的速率。
14. 化學的「自由能」是指「限制物質分子各自獨立的能力」，也就是分子的凝聚力；社會學的「自由能」是指「限制人民獨立自主的力量」，也是社會當中比較保守、有依賴性、依附權貴階級而雞犬升天的習慣與力量。
15. 一個社會要走向民主化、自由化，首先第一要件就是社會大眾的知識水準要增加、要能夠跟國際接軌、要能夠經常進行各領域文化上的交流。
16. 但是讀書、學習或接受訓練，對人類而言都是蠻大的「壓力」，這種「學習壓力」是促成百姓知識水準提升，獨立自主能力提升的最主要關鍵，當然也是社會民主化的最主要關鍵力量。
17. 為什麼絕大多數的大學教授都沒有雙專長？都沒有五育均衡並重？為什麼絕大多數的軍公教「品德」都不如陳樹菊、鄭南榕？為什麼台灣的立法委員大多數是大學畢業，但是言行舉止卻跟國中生差不多？因為他們已經數十年沒有處於「學習壓力」，再加上過去讀書的時候是靠死背，所以所有的知識早就丟回學校還給老師了。
18. 學習，是一件既辛苦又壓力非常大的事情。絕大多數大學畢業的父母沒有能力去教讀國中的小孩，因為他們沒有養成「終身多元學習」的生活習慣，沒有溫故知新，所以以前國中、高中死背的東西早就忘光光了；也因此多數的人類只要離開了學校，很快就恢復野獸的習性，失去文化素養，忘記如何有品德，還會自我感覺良好。
19. 一個社會要進行民主化，第二個重要的力量就是新聞自由、言論自由、集會遊行自由，社會一旦擁有這些力量，就可以給昏庸的官員極大的「生活壓力」，他們的「行政效率」就可以像老牛拖車一樣，因為受到輿論的鞭打而緩慢地進步。所謂的民主，就是百姓教導政府官員好好地做事。
20. 如果政府官員還自以為「做官」是了不起的，當部長、當院長是一件光宗耀祖的事情，這就表示這個社會還處在權貴階級急於得到社會大眾崇拜的保守社會，這時權貴階級或政客當然就非常容易霸凌弱勢百姓，剝削中產階級，與財團官商勾結，不斷地為財團減稅，不斷地利用國家資源圖利財團。
21. 當社會大眾都確實地發現政客的知識水準與辦事能力比自己還要差，政府的「行政效率」比絕大部分的中小企業還要差，所以政客與軍公教是一群吸百姓血的邪惡寵物，不斷地詐取受薪階級的血汗錢來圖利自己、為自己加薪，這些軍公教確實不如養一條狗還比較忠心。有這種體悟的社會才是民主社會，百姓已經有獨立自主的意識，不希望依賴權貴階級來生活。
22. 言論自由、新聞自由、集會遊行自由所產生的「壓力」就是教訓邪惡寵物的鞭子，就是軍公教的「壓力」，這種壓力如果持續不斷地升高，就會瓦解政治權貴階級以及爛司法官的社會地位，也會增進百姓獨立自主的精神，進而促進社會自發性地文化多元與創造性，這個時候文化產業才算是有基礎，台灣就可以自然而然地誕生賈柏斯、比爾蓋茲……。
23. 《熱力學第一定律》：宇宙的能量是恆定的；能量不會憑空創造也不會無故消失，能量只會從一種形式（崇拜政治權貴）轉變為另一種形式（百姓獨立自主），如果不瓦解政治權貴階級以及爛司法官的社會地位，台灣沒有辦法發展文化產業。
24. 當整個社會人人都有「終身多元學習的生活習慣」，各種學術、運動、體育……，都會產生社群組織，以文會友，因為追求真理而產生一種哲學家之間的凝聚力，這種凝聚力才是人類社會真正應該要有的競爭與團結，社會才會有真正的理性與祥和，這就是最規律的社會完美晶體。
25. 《熱力學第三定律》：宇宙達到最大亂度時，宇宙中所有的物質粒子彼此力量最平衡、每個粒子最獨立，這是宇宙系統最穩定合理的狀態，這個時候所有物質粒子的運動會穩定，彼此穩定地保持一定的距離，彼此引力與斥力完全平衡，這就是最規律的完美晶體。
26. 但是政黨之間或政客之間不需要祥和、不需要團結，他們需要的是惡鬥。《熱力學第二定律》：所有自發性的反應過程，它的宇宙亂度都是不斷增加的。政客間愈惡鬥的社會，百姓的福利愈大，社會愈自由，人民的社會地位愈高，政客不要臉的地方愈容易被凸顯，百姓就更容易自立自強並唾棄政客，社會因此而民主、自由、法治、人權被保護。
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