吉布斯自由能.doc

吉布斯自由能编辑维基百科，自由的百科全书（重定向自生成吉布斯自由能）跳转至： 导航、 搜索 本条目需要补充更多来源。（2014年10月31日） 请协助添加多方面可靠来源以改善这篇条目，无法查证的内容可能会被提出异议而移除。 热力学经典的卡诺热机分支显示 经典 统计 化学 平衡/ 非平衡定律显示 第零 第一 第二 第三系统显示状态 状态方程 理想气体 实际气体 相/ 物质状态 平衡 控制体积 仪器过程 等压 等体 等温 绝热 等熵 等焓 准静态 多方 自由膨胀 可逆 不可逆 内可逆循环 热机 热泵 热效率系统性质显示 性质图 强度和广延性质状态函数（斜体共轭变量） 温度/ 熵 熵的简介（英语：Introduction to entropy） 压强/ 体积 化学势/ 粒子数 蒸气量 简化性质过程函数 功 热材料性质（英语：Material properties (thermodynamics)）显示比热容压缩性热膨胀 性质数据库方程（英语：Thermodynamic equations）显示 卡诺定理 克劳修斯定理 基本关系 理想气体定律 麦克斯韦关系 昂萨格倒易关系 布里奇曼热力学方程 热力学方程表势显示 自由能 自由熵 内能 焓 亥姆霍兹自由能 吉布斯自由能历史/文化显示哲学 熵与时间 熵与生活 布朗棘轮 麦克斯韦妖 热寂佯谬 洛施密特佯谬 协同学历史 总史 热 熵 气体定律 永动机理论 热质说 活力 热动说 热功当量 动力关键著作 An Experimental EnquiryConcerning . Heat 关于多相物质平衡 Reflections on theMotive Power of Fire年表 热力学 热机艺术 麦克斯韦热力学表面教育 熵作为能量扩散科学家显示 昂萨格 伯努利 皮埃尔杜亥姆 亥姆霍兹 吉布斯 焦耳 卡拉泰奥多里 卡诺 克拉佩龙 克劳修斯 兰金 冯迈尔 麦克斯韦 斯米顿 斯塔尔 汤姆森（开尔文男爵） 汤普森（伦福德伯爵） 沃特斯顿 查 论 编吉布斯自由能（英语：Gibbs free energy），或称吉布斯函数（Gibbs function）、自由焓（Free Enthalpy）是热力学中描述等温、等压过程的一个重要参量，常用表示，它的定义是：，其中是系统的内能，是温度，是熵，是压强，是体积，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 1 物理意义 2 生成吉布斯自由能 o 2.1 部分物质的生成自由能1 3 范特霍夫等温公式 4 吉布斯自由能与熵和焓 o 4.1 推导o 4.2 相变 5 吉布斯自由能与平衡常数 6 吉布斯自由能与电化学 7 参阅 8 参考文献物理意义编辑在标准状况下，存在一个一般规律：“任何一个封闭系统都尽量使自由能最小”因此，根据这个自然界的基本趋势，如果对于一个潜在反应，距离这个最小值进行定量测量，当热力学的计算显示吉布斯自由能G的变化是负值的时候。本质上，这表明了那样一个反应更容易发生并且将释放能量。释放的能量等于这个化学反应所能够做的最大的功。相反，如果G为正值，能量必须通过做功的方式进入反应系统使得此反应能够进行。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，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，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。这时，,这些强度量的变化为零。所以必然有，生成吉布斯自由能编辑反应C(s, 金刚石)C(s, 石墨)的吉布斯自由能变在25和1大气压下为负值，所以是热力学自发的。然而，这个反应的速率小到可以忽略不计。可见，热力学上的自发性并不能决定反应的速率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：它的标准反应自由能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。部分物质的生成自由能1编辑物质状态(kJ/mol)(kcal/mol)NOg87.620.9NO2g51.312.3N2Og103.724.78H2Og-228.654.64H2Ol-237.156.67CO2g-394.494.26COg-137.232.79CH4g-50.512.1C2H6g-32.07.65C3H8g-23.45.59C6H6g129.729.76C6H6l124.531.00范特霍夫等温公式编辑主条目：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：其中，是同一温度、标准压强下的吉布斯自由能，是气体常数，是反应商。温度的变化在的使用上表现出来，不同的温度使用不同的。非标准状况的需要通过定义式（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。吉布斯自由能与熵和焓编辑推导编辑热力学第二定律告诉我们，自发反应使得宇宙熵增，即。又因为，所以为了考察的符号，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后，原式变为：因此当时，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。其中是焓，是系统的绝对温度，是熵，因此也是一个状态函数。要注意到的是，和的单位必须一致。因此，我们仅用考虑系统内的能量变化，就可以讨论反应是否自发进行，而不用去考虑宇宙的其他部分。因为等温过程中 ， 表明反应在正方向上是自发进行的。 ， 表明反应处于平衡状态。 ， 表明反应是反方向的自发反应，相变编辑在相变中，若温度等于物质的熔点或沸点，则系统是处于平衡状态，也就是说。据此可算出一个物质熔化或蒸发的熵变。吉布斯自由能与平衡常数编辑在等温等压反应中，如果吉布斯自由能为负，则正反应为自发，反之则逆反应自发。如果为0，则反应处于平衡状态。此时，根据范特霍夫等温公式，变成平衡常数，于是有：要注意，使用范特霍夫等温公式时，和的温度一定要相等。这样，我们可以推出以下结论： 时，； 时，； 时，。吉布斯自由能与电化学编辑因为代表了反应所作的最大有用功，即，又因为在原电池中，.其中，为功，表示转移电子数，为法拉第常数，为电池电动势。所以，当所有反应物处于标准状况下的时候，该式变为此