自發性反應程序 Spontaneous Processes（三）

化學原理啟迪233

1.      【例題】我們將比較以下每一組的物質，在固定溫度下，哪一種物質的位置機率較高（比較容易自發性反應）？

a.       固體CO2和氣體CO2。

b.      1atm下的N2氮氣，和1.0×10^－2atm下的N2氮氣。

2.      【解題】a.因為1mole的CO2氣體的體積較大，比起1mole固體CO2，CO2氣體分子有更多的位置可選擇，位置機率較高。

3.      b.1 mole的N2在1×10^－2atm下，體積是在1atm下的1moleN2的100倍（固定溫度下）。因此，N2氣體在1×10^－2atm下的位置機率較高。

4.      【例題】預測以下每一種反應程序的位置機率的改變符號（正、負號）。

a.       固體糖加入水中變成糖水。

b.      碘蒸氣碰到冰冷物體的表面，而凝結成碘結晶。

5.      【解題】a.糖溶解於水變成糖水時，糖分子隨機散布到水中，糖分子得到更大的空間，也因此得到更多可能的活動位置，所以這個反應程序是增加位置的混亂（正號）。

6.      B.氣體碘凝結成固體，這個反應過程造成的改變是，物質分子從享有比較大的活動空間，變成比較小的活動空間，這是降低位置機率（負號）。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

徐弘毅：

1.      熱力學第二定律是所有的物質會趨向於最大亂度，也就是組成物質的分子、原子自然而然朝向愈來愈分裂、分散、分離的狀態改變，物質會逐漸走向每一個原子世界力量最均衡、最合理的狀態，每個分子最獨立自主的狀態。

2.      位置機率是指組成物質的分子或原子的分散狀態；位置機率高，代表原子、分子比較分散，這種情況自然發生的機率比較高；位置機率低，代表原子、分子比較聚集在一起，這種情況自然發生的機率比較低，通常需要額外增加能量來促成。

3.      我們舉幾個實際的例子來比較它們的位置機率，在固定溫度下，固體CO2和氣體CO2，哪一種物質的位置機率比較高？答案是氣體CO2。

4.      跟固體CO2相比，氣體CO2的體積比較大、每一個分子的活動空間更大、彼此更分散，所以位置機率較高。

5.      在固定溫度下，1atm下的N2氮氣，和1.0×10^－2atm下的N2氮氣，那一種物質的位置機率比較高？答案是1.0×10^－2atm下的N2氮氣。

6.      壓力大代表氣體分子彼此擁擠，壓力小代表氣體分子鬆散。我們從理想氣體定律也可以知道，同樣分量的氣體，如果壓力變小，體積就會變大，這代表每一個氣體分子的活動空間變大，位置機率變高。

7.      所以壓力較大的1atm下的N2氮氣，位置機率比較低，壓力較小的1.0×10^－2atm下的N2氮氣，位置機率比較高。

8.      自發性反應程序，是指物質不需要額外增加什麼能量，就會朝向某個方向變化的傾向。依據熱力學第二定律，所有物質都朝向瓦解、分裂、分散的方向變化，所以，如果物質是朝向分子彼此之間斷裂、分散的方向變化，就會是自發性程序。

9.      我們舉實際的例子來思考，固體糖加入水中變成糖水，是不是自發性程序？固體的糖，被不斷活動的水分子撞擊，糖分子逐漸碎裂、瓦解、散布到水中，這是自然而然就會發生的現象，所以是會自發性產生這個現象。

10.  台灣如果跟中國的文化、貿易往來愈來愈密切，就很容易成為一個類似「經濟共同體」的狀態，自然而然土地價格、自然資源、人力工資就會趨於均等化，也因此台灣勞工的薪資水準會愈來愈跟中國勞工的薪資水準拉近，所以在ECFA之下，台灣勞工的薪資不升反降，是必然的趨勢。

11.  如果台灣比韓國早一步與歐盟簽署FTA，台灣在經濟、文化等各方面與歐盟會有更多交流，自然而然勞工薪資也會與歐盟的薪資水準逐漸地均等化，因此台灣勞工的成本就會逐漸跟歐盟的水準拉平，薪資所得就會愈來愈高。

12.  碘蒸氣碰到冰冷物體的表面，而凝結成碘結晶，是不是自發性程序？不是，分散的碘蒸氣的分子，因為受到外力干預－冰冷的物體進行降溫，減低碘分子活動的能量，碘分子才彼此靠近緊密吸引，成為固體碘結晶。

13.  整個反應程序，使碘從分子碎裂、分散的狀態變為彼此凝聚、結晶的狀態，違反熱力學第二定律，需要外力介入降溫，因此不是自發性的。

14.  由人類文明發展的歷史來看，人類是逐漸走向理性的社會方向發展，因此產生各種不同的學術、不同的研究單位。任何學者他的國際學術地位愈高，一定是因為他比其他的人更加地「理性」；台灣中央銀行總裁彭懷南可以得到8A級的國際評等，顯示出他比其他國家的中央銀行總裁還要「理性」。

15.  哈佛大學整體教授的理性程度一定超過台灣大學；德國賓士汽車全體員工的理性程度一定超越裕隆汽車；美國英特爾公司整體員工的理性程度一定超越威盛；通過國際ISO認證的企業主理性程度，一定超過無法通過國際ISO認證的企業主。

16.  台灣公務人員的行政效率一直不如新加坡，顯示出台灣公務人員的理性程度不如新加坡。國際城市評比當中台北市是第61名，顯示整體台北市公務人員的素質與理性程度，是世界排名第61。

17.  理性比較差的人，代表心智年齡比較幼稚，知識水準比較低，因此依賴性比較強，比較會搞關係、派系，不注重真才實學，需要跟一群人黏在一起、互相取暖、大家一起擺爛、處於固體狀態，才有安全感，這種人比較沒有自發性，比較缺乏獨立自主的能力。

18.  主動多元學習的人，比較有獨立自主的能力，理性程度會愈來愈強；必須要被家長或補習班逼迫學習的學生，會逐漸失去獨立自主的能力，產生依賴性，容易成為宅男，比較沒有社會競爭力，比較不理性，容易情緒失控，很容易成為家庭寄生蟲。

自發性反應程序 Spontaneous Processes（二）

化學原理啟迪232

1.     亂度與機率probability有密切的關係。亂度與機率的觀念重點是，如果某個特定狀態有許多管道可達成，那麼要製造出那個狀態的可能性就愈高。換句話說，最有機會存在的狀態就是自然就能自發性地達成的狀態。

2.     這個結論並不令人意外，困難之處在於把這個觀念與現實生活的反應程序連結。舉例來說，鋼鐵自發性生鏽跟亂度造成的機率有什麼關係？如果能瞭解焓與自發性的關係，就能回答這一類的問題。

3.     我們將用理想氣體擴散到真空空間的簡單反應，探索這個關連性。為什麼氣體擴散到真空空間的反應過程是自發性的？是什麼造成氣體擴散成均勻狀態？驅動這個反應結果的力量是機率。

4.     因為讓氣體均勻散布到容器中的方法，遠多於達到其他狀態的方法，所以氣體會自發性地達到均勻分布的狀態。

5.     為了瞭解這個結論怎麼來，我們將簡化系統，思考只有4個氣體分子在2個貫通的球體容器中，可能的排列組合。

6.     到底有幾種可能的排列組合？排列組合Ι只有一種方式達成，所有的氣體都集中在其中一端的球體容器中。排列組合Ⅱ有四種方法達成；每一種特定的排列方式稱為微觀狀態microstate。

7.     排列組合Ι有一個微觀狀態；排列組合Ⅱ有四個微觀狀態；排列組合Ⅲ有六個微觀狀態（有六種方法達成）。哪一種排列組合比較容易發生呢？有最多管道可達成的狀態，排列組合Ⅲ是最可能存在的狀態。各種排列組合的機率是， 組合Ⅲ：組合Ⅱ：組合Ι＝6：4：1。

8.     我們已經發現一個重要的原理，特定排列組合的發生機率，取決於達到那種排列組合的方法數（微觀狀態）。

9.     當分子數量十分龐大時，這個原則對反應結果的影響更顯著。1個氣體分子在2個連通的球體容器的左邊球體，這是2個可能的排列組合（1個氣體分子在左邊或1個氣體分子在右邊）中的其中1個可能的組合，機率是1/2。

10. 2個氣體分子都在2個連通的球體容器的左邊球體，在4種可能的排列組合中，只有1個機會會發生這種情形，機率是1/4。

11. 隨著分子數量上升，它們都在容器左邊球體的機率跟著下降。

12. 以1mole氣體來說，所有氣體分子都在左邊球體的可能性微乎極微，因此我們可說，這種情況是永遠不會發生的。

13. 所以在2個連通的球體容器其中一端的氣體，最後一定會自發性地擴散到整個容器，因為當氣體分子數量非常龐大時，球體兩端都有一樣數量的氣體分子的微觀狀態數量也會非常龐大（兩邊容器的氣體數量一樣的機率很高）。

14. 另一方面，所有氣體都集中在2個連通球體容器的其中一端，

雖然不能說這是不可能的情形，但確實是極度不可能，因為只有1個微觀狀態能達到這種排列組合。因此這個反應不會自發性地發生。

15. 每一種排列組合的可能性，稱為「位置機率 positional probability」，這是指要達到特定狀態，空間中各種可能的排列組合的數量（位置微觀狀態 positional microstates）。

16. 氣體被放入一個真空的容器，最終會均勻擴散到整個容器，因為均勻擴散的狀態具有最高度的位置機率。

17. 物質狀態改變也會影響位置機率。一般而言，物質從固態變成液態，再變成氣態，位置機率會增加。

18. 1mole的物質在固態時的體積，比氣態時的體積小很多。固態下分子彼此緊緊靠在一起，它們的位置選擇相較之下非常少；氣態下分子彼此距離很遠，它們有非常多的位置可選擇。

19. 位置機率也可用來解釋調製溶液。混合二種純物質會造成各物質的位置機率提高（正數）。混合之下的微觀狀態，遠比物質各自獨立的微觀狀態多許多，因為混合溶液中的每個分子的活動空間增加了。

20. 舉例來說，當2種溶液混合時，每種溶液的分子得到更大的活動空間，因此可選擇的空間位置更多了。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

徐弘毅：

1.     什麼是最大亂度？最大亂度，就是出現的機率最高、有最多種管道可以達成的狀態；所有的物質都會朝向最大亂度進行反應，這就是熱力學第二定律。

2.     人類社會一定會逐漸走向追求理性、自由、公平正義的社會狀態。每一個民族發展的速度也許不同，關鍵是國民受教育的水準。中國一定會走向自由民主的社會，問題是還需要五十年，還是五百年？

3.     一個國家如果多數的人都有心在追求最大亂度，追求理性、自由、公平正義，那麼這個國家的學術與所有工業的發展，一定愈來愈有創意；相對地，任何社團組織如果存在獨裁模式，追求一黨獨大，那麼支持群眾流失的速度就會愈來愈快。

4.     台灣未來的政治發展，是不是一定走向國民黨與民進黨兩黨獨大？絕對不是！因為台灣的社會大眾在『追求理性、自由、公平、正義的精神意志』，超過多數的政客，只有在這點上可以成為社會大眾楷模的菁英，才有可能長時間成為領袖，其餘的很快都會被淘汰。

5.     國民黨目前唯一的政治明星是馬英九，年紀比馬英九大的政客幾乎都被社會大眾淘汰了，為什麼？因為他們違反最大亂度的原則，他們人生的志願不是在追求「理性、自由、公平正義」。無論如何四年以後，馬英九也一定會被台灣的社會淘汰。

6.     機率最高的狀態，就是最容易發生、最合理的狀態。物質世界所有的分子，自然而然朝向出現機率最高、有最多種管道可以達成的狀態來進行反應，這就是自發性程序。

7.     台灣的社會多元、自由競爭，因此也追求法治來維持公平正義的競爭；當台灣的司法官沒有辦法滿足絕對多數百姓的公平正義理想的時候，司法官就會成為全民公敵、社會敗類，也是社會大眾最唾棄的一種職業。台灣檢察官一審失敗機率大概有一半，就證明台灣的檢察官的知識水準是社會底層，不如一般記者；恐龍法官也不遑多讓。

8.     每一種狀態，它的分子可能的排列組合數量，稱為「位置機率」；某個狀態可能的排列組合數量愈多，這個狀態的位置機率愈高。例如，氣體均勻擴散到整個容器裡，氣體分子可能的排列組合數量最多，因此「位置機率」最高。

9.     在一個追求理性、自由、公平競爭的社會，具有真才實學的人，他獲得財富與社會地位的機率就愈高；虛有其表、說謊成習的人，他的財富與社會地位就會愈來愈降低，縱使是權貴二代也不例外。

10. 在一個追求理性、自由、公平競爭的社會，養成「多元學習、五育均衡並重生活習慣」的人，他一定年紀愈大愈有智慧，對社會的貢獻度也愈大；靠外表包裝、形象塑造來獲取權力、財富的人，社會競爭力就會愈來愈弱。

11. 擁有二種不同領域的頂尖專長的人，就是在自由民主社會最有競爭力的人，他的位置機率最高。

12. 為什麼馬英九的民調支持度沒有辦法大幅領先蔡英文？因為馬英九沒有專業技能、沒有一技之長、考不上律師執照、沒有國際學術地位、從政以來也沒有明顯重要的政績、經常說話不算話、沒有真才實學，縱使2012不小心當選總統，未來的前途一定更加悲慘。為什麼蔡英文的民調支持度沒有辦法大幅領先馬英九？原因跟馬英九一樣。

13. 宋楚瑜省長卸任後，如果發憤圖強鑽研學識，成為國際一流的大學者，今天他的民調支持度一定超過蔡英文；宋省長卸任後如果不斷親自輔導台灣的中小企業的行政效率通過國際ISO認證，那麼宋楚瑜現在的民意支持度絕對超過馬英九。

14. 馬英九所有的毛病，宋楚瑜都有。理性的社會大眾，絕對不可能支持比自己愚蠢的人，所以張忠謀、郭台銘、林百里、王雪紅絕對不可能把票投給這三個人。