2022年岩土工程师复习指导吉布斯自由能介绍.docx

2022年岩土工程师复习指导：吉布斯自由能介绍　　前面我们已经介绍了与化学反响方向有关的两个热力学函数：焓（H）和熵（S）但是焓变并不能单独用作判别自发反响方向的判据熵变虽然可单独用作判别自发反响方向的判据，但只限于孤立体系而一般化学反响都不是在孤立体系中进展的，虽然在这种状况下，可以把环境与体系一起作为一个大的孤立体系来考虑，但实际上要测量或计算环境在变化过程中的熵变值是非常简单困难的，这就为直接应用熵判据带来很大的局限性因此，人们盼望能查找一种使用起来更为直接简便的判据，能在较宽的范围内判别化学反响自发进展的方向吉布斯自由能正是这样一种判据　　吉布斯自由能定义：G＝H一TS.这个新的热力学函数G即称为吉布斯函数，亦称为吉布斯自由能G是一个由H和T，S组合得到的物理量，它具有能量的量纲由于H，S，T都是状态函数，因而G也必定是一个状态函数当体系发生变化时，G也随之变化其转变值△G，称为体系的吉布斯自由能变，只取决于变化的始态与终态，而与变化的途径无关：　　△G＝G终一G始　　根据吉布斯自由能的定义，可以推出当体系从状态1变化到状态2时，体系的吉布斯自由能变为：△G＝G2一Gl＝△H一△（TS）　　对于等温条件下的反响而言，有T2＝T1＝T　　则　　△G＝△H一T △S　　上式称为吉布斯一赫姆霍兹公式。

由此可以看出，△G包含了△H和△S的因素，若用△G作为自发反响方向的判据时，实质包含了△H和△S两方面的影响，即同时考虑到推动化学反响的两个主要因素因而用△G作判据更为全面牢靠而且只要是在等温、等压条件下发生的反响，都可用△G作为反响方向性的判据，而大局部化学反响都可归人到这一范畴中，因而用△G作为判别化学反响方向性的判据是很便利可行的　　化学热力学告知我们：在等温、等压、不做非膨胀功条件下，自发的化学反响总是向着体系吉布斯自由能降低的方向进展的这是热力学其次定律的另一种表述法由于一般的化学变化都能满意等温、等压、不做非膨胀功的条件，所以实际上只要知道一个化学反响前后体系的吉布斯自由能变△G（T），就可以推断在该条件下这个反响会不会自发进展以及反响的方向和限度：　　△GO时，　　该反响不能自发进展，而其逆反响可以自发进展　　△G＝0时，　　体系处于平衡状态　　所以，在等温、等压、不做非膨胀功的状况下，任何自发的反响都是体系吉布斯自由能降低的过程直到体系的吉布斯自由能降到此条件下的最低值：G终＝G最低，△G＝0即到达平衡状态，这就是反响的限度　　（二）反响温度对吉布斯自由能变及反响方向的影响　　依据吉布斯一赫姆霍兹公式：△G＝△H一T△S，可以争论反响温度T对△G值及反响方向的影响：　　（1）对于△H0的反响，即熵增、放热反响而言，不管温度凹凸（不管T的大小，但T恒大于零），△G总是小于零的。

这类反响在任何温度下都能自发进展在这种状况下，推动反响进展的两种因素，焓的因素和熵的因素都是有利于反响自发进展的如：　　H2（g）＋C12（g）＝2HCl（g）　　（2）对于△H>0，△S0，△S>0的反响，△H和T△S对△G的符号起相反的作用在此状况下，温度T的大小将对反响方向起打算作用　　（4）由于△rGm㈠（500k）>0，所以该反响在此条件下不能自发进展。