吉布斯自由能计算器

吉布斯自由能：热力学基础

吉布斯自由能是热力学中的一个基本概念，它量化了系统在恒定温度和压力下所能做的最大功，不包括体积膨胀所做的功。它对于确定反应的自发性至关重要。

历史背景

19世纪后期由约西亚·威拉德·吉布斯提出，吉布斯自由能彻底改变了人们对化学热力学的理解，为过程的自发性提供了明确的标准。这比现有的焓和熵概念有了重大进步。

计算公式

吉布斯自由能 (G) 的计算公式如下：

G = H - TS

其中：

• G 代表吉布斯自由能
• H 是焓变 (ΔH)
• T 是绝对温度，单位为开尔文 (K)
• S 是熵变 (ΔS)

示例计算

假设一个反应的焓变 (ΔH) 为 -200 焦耳，熵变 (ΔS) 为 -0.1 焦耳每开尔文，温度 (T) 为 298 K。吉布斯自由能 (G) 可以计算如下：

G = -200 - \(298 × -0.1\) = -170 焦耳

重要性和使用场景

吉布斯自由能对于预测化学反应的方向、评估反应的可行性和各种过程中的能量效率至关重要，包括生物系统和工业应用。

常见问题解答

1. 什么决定了自发反应？

   • 如果吉布斯自由能为负值，则反应被认为是自发的，表明该过程可以在没有外部能量输入的情况下发生。

2. 温度如何影响吉布斯自由能？

   • 温度通过 TS 项直接影响吉布斯自由能，影响温度依赖性反应的自发性。

3. 吉布斯自由能可以预测平衡吗？

   • 可以，当吉布斯自由能为零时，系统处于平衡状态，表明系统组成随时间推移没有净变化。

理解吉布斯自由能有助于人们应对化学反应和热力学过程的复杂性，为自发性和平衡考虑提供定量基础。