[科普中國(guó)]-吉布自由能

吉布自由能就是吉布斯自由能，是在化學(xué)熱力學(xué)中為判斷過(guò)程進(jìn)行的方向而引入的熱力學(xué)函數(shù)。又稱自由焓、或自由能。自由能指的是在某一個(gè)熱力學(xué)過(guò)程中，系統(tǒng)減少的內(nèi)能中可以轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功的部分。自由能(free energy)在物理化學(xué)中，按照亥姆霍茲的定容自由能F與吉布斯的定壓自由能G的定義。吉布斯自由能是自由能的一種1。

定義吉布斯自由能又叫吉布斯函數(shù)，是熱力學(xué)中一個(gè)重要的參量，常用G表示，它的定義是：

G = U ? TS + pV = H ? TS，

其中U是系統(tǒng)的內(nèi)能，T是溫度（絕對(duì)溫度，K），S是熵，p是壓強(qiáng)，V是體積，H是焓。

吉布斯自由能的微分形式是：dG = ? SdT + Vdp + μdN，

其中μ是化學(xué)勢(shì)，也就是說(shuō)每個(gè)粒子的平均吉布斯自由能等于化學(xué)勢(shì)。

提出1876年美國(guó)著名數(shù)學(xué)物理學(xué)家，數(shù)學(xué)化學(xué)家吉布斯在康涅狄格科學(xué)院學(xué)報(bào)上發(fā)表了奠定化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典之作《論非均相物體的平衡》的第一部分。1878年他完成了第二部分。這一長(zhǎng)達(dá)三百余頁(yè)的論文被認(rèn)為是化學(xué)史上最重要的論文之一，其中提出了吉布斯自由能，化學(xué)勢(shì)等概念，闡明了化學(xué)平衡、相平衡、表面吸附等現(xiàn)象的本質(zhì)。

特點(diǎn)ΔG叫做吉布斯自由能變。吉布斯自由能的變化可作為恒溫、恒壓過(guò)程自發(fā)與平衡的判據(jù)。

吉布斯自由能改變量。表明狀態(tài)函數(shù)G是體系所具有的在等溫等壓下做非體積功的能力。反應(yīng)過(guò)程中G的減少量是體系做非體積功的最大限度。這個(gè)最大限度在可逆途徑得到實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)進(jìn)行方向和方式判據(jù)1。

原理在等溫等壓反應(yīng)中，如果吉布斯自由能為負(fù)，則正反應(yīng)為自發(fā)，反之則逆反應(yīng)自發(fā)。如果為0，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。此時(shí)，根據(jù)范特霍夫等溫公式，ΔG = ΔG0 + RT·ln J，J變成平衡常數(shù)，于是有：

ΔG0 = -RTlnK

要注意，使用范特霍夫等溫公式時(shí)，ΔG和ΔG0的溫度一定要相等。

這樣，我們可以推出以下結(jié)論：

ΔG0>0時(shí)，K