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文档简介

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吉布斯自由能推导及生物学应用综述

本文通过介绍吉布斯自由能的基本定义，利用特别的方法推导出吉布斯自由能公式，再引入水势的定义对于水份系统,考虑到水分子不带静余电荷(Zw=0),由式可得水份的化学势为:

μw=μ0w+RTlnaw+(p-p0)Vw+mwgh再阐述有关吉布斯自由能的生物学意义。

吉布斯自由能引出方式水势生物学意义

吉布斯自由能是物理化学中的一个重要的热力学函数.虽然它只是一个定义的函数,仅是若干热力学函数的数学组合,没有物理意义.但吉布斯自由能概念几乎贯穿在整个物理化学的学习过程中,教学中通过以吉布斯自由能为主线,加深对吉布斯自由能的定义、性质和判据的把握,正确理解体系的吉布斯自由能变化的计算公式及其使用范围、条件,就能引导我们在把握知识的同时,学会把握事物内在的本质,应用理论分析和解决问题,起到学以致用举一反三的作用.

1.吉布斯自由能的定义与性质

定义式为:G=H-TS,是状态函数,具有容量性质,其SI单位是焦耳(J).由于H、S和T均为系统的性质,与环境无关,故G适用于封闭系统.由热力学第一定律、热力学其次定律可得出吉布斯自由能判据:1.1在等温等压条件下,对一个封闭系统有:(1)dG≤δWf（T,p恒定）：不可逆,自发可逆,平衡(2)dG=0≤0（T,p,δWf恒定）：不可逆,自发可逆,平衡

在多组分体系中,由吉布斯自由能还引入了一个重要的概念-化学势(偏摩尔吉布斯自由能),定义为:

1.2在不同的体系中,体系G的变化可表达为:

(3)dG=-SdT+Vdp(组成不变,封闭系统,Wf=0)(4)dG=-SdT+Vdp+∑BμBdnB(组成可变的封闭系统,Wf=0)

(5)dG=-SdT+Vdp+γdAs+∑BμBdnB(组成可变的封闭系统,且考虑表面吉布斯自由能)

基于以上认识,我们可在相平衡、化学平衡、可逆电池、表面化学等内容中,通过对体系吉布斯自由能变化式(1)～(5)的探讨,分析体系自发进行的方向,得到平衡的计算方法,分析平衡时体系相关物理量的关系.2.引出方式

多数教材中，G是在热力学第一和其次定律联合公式的基础上，在定温、定压条件下经过一定的热力学推导引入，但该推导过程并没有表达出与环境的关系，本文采用如下方式:

根据热力学其次定律，自发反应使宇宙熵增，即?S宇宙>0。而?S宇宙=?S系统+?S环境，为了考察?S宇宙的符号，在系统中引入另外一个热力学函数来决定反应是否会自发进行。

等压下：

因此，当?H系统?T系统?S系统根

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