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吉布斯自由能(2009-04-0910:35:19)转载标签:自由能标准状况化学势等压吉布斯宇宙杂谈分类:科技探索吉布斯自由能又叫吉布斯函数,是热力学中一个重要的参量,常用G表示,它的定义是:其中U是系统的内能,T是温度,S是熵,p是压强,V是体积,H是焓。吉布斯自由能的微分形式是:其中是化学势。一个重要的推论是。也就是说每个粒子的平均吉布斯自由能等于化学势。目录[隐藏][编辑]物理意义吉布斯自由能的物理含义是在等温等压过程中,除体积变化所做的功以外,从系统所能获得的最大功。换句话说,在等温等压过程中,除体积变化所做的功以外,系统对外界所做的功只能等于或者小于吉布斯自由能的减小。数学表示是:如果没有体积变化所做的功,即W=0,上式化为:也就是说,在等温等压过程前后,吉布斯自由能不可能增加。如果发生的是不可逆过程,反应总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行。特别地,吉布斯自由能是一个广延量,单位摩尔物质的吉布斯自由能就是化学势μ,也就是说。具体推导如下:假设,代入热力学第一定律的微分形式:现在假想保证原来物体属性的情况下,切掉体系的一小部分dN。这时,dT,dp,dg这些强度量的变化为零。所以必然有。[编辑]生成吉布斯自由能由于自由能的绝对值很难求出,同时它又是一个状态函数,所以实际应用时,就采用各种物质与稳定单质的相对值,即生成吉布斯自由能,全称标准摩尔生成吉布斯自由能变。它是由处于标准状况下的稳定单质生成一摩尔标准状况下的化合物的吉布斯自由能变,用符号表示。通过生成吉布斯自由能,我们能算出标准反应自由能。标准反应自由能是指在标准状况下,标况下的反应物生成标况下的生成物所需要的能量变化,即用生成物的生成吉布斯自由能与各自的化学计量系数相乘后减去的反应物的生成吉布斯自由能与各自的化学计量系数相乘后的乘积。常用符号表示。对于一般反应:aA++dD它的标准反应自由能=[c(C)+d(D)]-[a(A)+b(B)]一般化学教科书和化学手册中都列出常见物质的生成吉布斯自由能(同时还会列出生成焓和标准熵),用时直接查表便可。[编辑]范特霍夫等温公式主条目:范特霍夫等温公式吉布斯自由能随温度和压强变化很大。为了求出非标准状况下的吉布斯自由能,可以使用范特霍夫等温公式:ΔG=ΔG0+RT\lnJ其中,ΔG0是同一温度、标准压强下的吉布斯自由能,R是气体常数,J是反应熵。温度的变化在ΔG0的使用上表现出来,不同的温度使用不同的ΔG0。非标准状况的ΔG0需要通过定义式(即吉布斯等温公式)计算。压强或浓度的变化在J的表达上表现出来。[编辑]吉布斯自由能与熵和焓[编辑]推导热力学第二定律告诉我们,自发反应使得宇宙熵增,即ΔSuniv>0。又因为ΔSuniv=ΔSsys+ΔSsurr,所以为了考察ΔSuniv的符号,我们必须在系统中引用另外一个热力学函数来决定反应是否会自发进行。又因为所以当不等式两边同时乘以-T后,原式变为:−TΔSuniv=ΔHsys−TΔSsys<0因此当ΔHsys−TΔSsys<0时,反应自发进行。为了更直接的表示一个反应是否为自发反应,必须引进吉布斯自由能。G=H-TS其中H是焓,T是系统的绝对温度,S是熵,因此G也