Gibbs có thể

ỞNhiệt lực học,Gibbs có thể( tiếng Anh:Gibbs Free Energy), lại xưngGibbs tự do có thể,Gibbs hàm số,Tự do hàm,Thường dùng tiếng Anh chữ cái$G$Đánh dấu. Gibbs có thể làQuốc tế hóa học liên sẽKiến nghị chọn dùng tên. Gibbs có thể là miêu tả hệ thống nhiệt lực tính chất một loạiNhiệt lực thế,Định nghĩa vì

$G\ {\stackrel {def}{=}}\ U-TS+pV=H-TS$;

Trong đó,$U$Là hệ thốngNội có thể,$T$LàNhiệt độ tuyệt đối,$S$LàEntropy,$p$LàSức chịu nén,$V$LàThể tích,$H$LàHàm.

Giả thiết ởChờ ônChờ ápTrạng huống hạ, một cái nhiệt lực hệ thống hoàn lương hảo định nghĩa sơ thái biến hóa đến tốt đẹp định nghĩa chung thái, tắc này Gibbs có thể giảm bớt lượng nhất định lớn hơn hoặc bằng này sở làm phi thể tích công;Giả như này biến hóa làĐảo ngược quá trình,Tắc này Gibbs có thể giảm bớt lượng bằng này sở làm phi thể tích công. Cho nên, này nhiệt lực hệ thống có khả năng làm lớn nhất phi thể tích công là này Gibbs giảm bớt lượng.

Đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, một cái nhiệt lực quá trình cóTự phát tínhThiết yếu điều kiện vì, Gibbs có thể theo quá trình diễn biến mà giảm nhỏ. Này ý nghĩa, cân bằng hệ thống Gibbs có thể là nhỏ nhất giá trị; ở cân bằng điểm, Gibbs có thể đối với cái khácTự lượng biến đổiĐạo sốBằng không.

Gibbs có thể có thể dùng để đánh giá một cái phản ứng hay không có tự phát tính, nó có thể dùng để tính ra một cái nhiệt lực hệ thống có thể làm ra nhiều ít phi thể tích công. Đương ứng dụng nhiệt lực học với hóa học lĩnh vực khi, Gibbs có thể là nhất thường dùng đến cùng nhất hữu dụng lượng vật lý chi nhất.Gibbs có thể là vì kỷ niệm nước Mỹ vật lý học giảJosiah · GibbsMà mệnh danh.

Tường thuật tóm lược

Phản ứng C_{(s, đá kim cương )}⇒C_{(s, thạch mặc )}Gibbs có thể biến hóa lượng ở 25℃ cùng 1Áp suất không khíHạ vì giá trị âm, cho nên làNhiệt lực họcTự phát. Nhưng mà, cái này phản ứng tốc độ nhỏ đến có thể xem nhẹ bất kể. Bởi vậy có thể thấy được, phản ứng tự phát tính cũng không thể quyết định này tốc độ

TừNhiệt lực học đệ nhị định luật,Có thể suy luận, ởTiêu chuẩn trạng huốngHạ ( hoặc càng giống nhau mà, chờ ôn chờ áp trạng huống hạ ), hệ thống biến hóa thông thường sẽ tự nhiên mà xu hướng với nhỏ nhất Gibbs có thể.

Đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, một cái phản ứng sở sinh ra Gibbs có thể biến hóa lượng$\Delta G$Mức đo lường này phản ứng tự phát tính. Nên phản ứng phát sinh tất yếu điều kiện là, này phản ứng Gibbs có thể biến hóa lượng tiểu với hoặc bằng này thu hoạch đến phi thể tích công$W'$:

$\Delta G\leq W'$.

Này ý nghĩa, đương nên phản ứng làm ra phi thể tích công khi, Gibbs có thể biến hóa lượng$\Delta G$Là giá trị âm, tức Gibbs có thể sẽ giảm bớt. Giả như nên phản ứng là đảo ngược, tắc Gibbs có thể giảm bớt lượng bằng sở làm ra phi thể tích công:

$-\Delta G=-W'$.

Đương nên phản ứng Gibbs có thể biến hóa lượng$\Delta G$Là chính trực ( này ý nghĩa Gibbs có thể gia tăng ), tắc cần thiết rót vào năng lượng tới thúc đẩy phản ứng phát sinh, này rót vào năng lượng hình thức có thể là điện công hoặc cái khác loại phi thể tích công.

Từ toàn bộ cô lập hệ thống góc độ tới phân tích Gibbs có thể vật lý cơ chế. Cô lập hệ thống là từ phản ứng cùng hoàn cảnh sở tạo thành. Đối với nên phản ứng quá trình, toàn bộ cô lập hệ thống entropy biến hóa lượng bằng phản ứng cùng hoàn cảnh entropy biến hóa lượng tổng hoà, này lớn hơn hoặc bằng linh; nếu không, này quá trình không thể được; giả như quá trình vì đảo ngược quá trình, tắc tổng hoà bằng không. Đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, này kết quả ý nghĩa Gibbs có thể biến hóa lượng vì giá trị âm, loại này phản ứng xưng làPhóng có thể phản ứng.

Giả thiết đem mấy cái phản ứng ngẫu hợp ở bên nhau, tắc một cái không thấu đáo tự phát tínhHút có thể phản ứng( Gibbs có thể biến hóa lượng vì chính trực ), có thể chuyển biến vì có tự phát tính. Đem nhiệt năng rót vào một cái hút có thể phản ứng, tắc này nhưng bị coi là đồng giá với phi tự phát tính phản ứng cùng tự phát tính phản ứng ngẫu hợp, dưới tình huống như vậy có thể làm cho đến chỉnh thể tổng entropy biến hóa lượng sẽ lớn hơn hoặc bằng linh, do đó thúc đẩy ngẫu hợp phản ứng tổng Gibbs có thể biến hóa lượng trở thành giá trị âm.

Dựa theo lệ thường, ở thuật ngữ “Gibbs tự do có thể” “Tự do” hai chữ ý tứ là “Lấy hữu dụng công hình thức bị thích ra”Càng chính xác mà nói, “Tự do có thể” ý tứ này đây phi thể tích công hình thức bị thích ra năng lượng.( đối với chờ ôn hệ thống, “Tự do” này từ ý tứ, tuy rằng hơi chút bất đồng, cũng có thể tương tự mà áp dụng vớiHợi mỗ hoắc tư tự do có thể,Càng chính xác mà nói, nó này đây công hình thức bị thích ra năng lượng ) đương kim, càng ngày càng nhiều thư tịch cùng tập san luận văn sẽ xem nhẹ sử dụng “Tự do” này từ, sửa tên gọi tắt vì “Gibbs có thể”. Đây làQuốc tế hóa học liên sẽỞ 1988 năm đại hội vì thống nhất quốc tế khoa học thuật ngữ mà đạt thành chung nhận thức.Nhiên tắc, này thuật ngữ tiêu chuẩn đến nay chưa bị phổ biến mà tuần hoàn tiếp thu.

Tự phát quá trình cùng cân bằng quá trình

Thiết tưởng một cái hoàn toàn không cùng ngoại giới trao đổi năng lượng hoặc chất lượngCô lập hệ thống,NàyEntropyVì$S_{\mathrm {tot} }$.Căn cứNhiệt lực học đệ nhị định luật,Cô lập hệ thống sẽ tự phát mà hướng tới lớn nhất entropy trạng thái diễn biến, tức cô lập hệ thống entropy biến hóa lượng$\Delta S_{\mathrm {tot} }$Lớn hơn hoặc bằng linh:

$\Delta S_{\mathrm {tot} }\geq 0$.

Giả như$\Delta S_{\mathrm {tot} }=0$,Tắc này quá trình là đảo ngược quá trình.

Giả thiết này cô lập hệ thống là từ một cái tử hệ thống cùng hoàn cảnh tạo thành, cô lập hệ thống bên trong là bị vây chờ ôn chờ áp trạng huống, tử hệ thống có thể cùng hoàn cảnh trao đổi nhiệt năng cùng công. Tử hệ thống ở chỗ này tên gọi tắt vì “Hệ thống”.$S$,$S_{\mathrm {surr} }$Phân biệt vì hệ thống cùng hoàn cảnh entropy, chúng nó entropy biến hóa lượng tổng hoà thỏa mãn dưới quan hệ thức:

$\Delta S_{\mathrm {tot} }=\Delta S+\Delta S_{\mathrm {surr} }\geq 0$.

Giả như hệ thống từ hoàn cảnh trung hấp thụ nhiệt năng$Q$,Tắc dựa theo entropy định nghĩa,

$\Delta S_{\mathrm {surr} }=-Q/T$.

Cho nên,

$T\Delta S-Q\geq 0$.

Từ Gibbs có thể định nghĩa thức, có thể được đến này biến hóa lượng vì

$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$.

HàmĐịnh nghĩa thức vì

$H\ {\stackrel {def}{=}}\ U+pV$.

Hàm biến hóa lượng vì

$\Delta H=\Delta U+p\Delta V$.

Phi thể tích công là linh trạng huống

Giả thiết phi thể tích công bằng không, tắc nội có thể biến hóa lượng vì

$\Delta U=Q-p\Delta V$.

Tổng hoà Gibbs có thể biến hóa lượng, hàm biến hóa lượng cùng nội có thể biến hóa lượng, có thể được đến

$\Delta G=Q-T\Delta S$.

Bởi vậy, đang đợi ôn chờ áp cùng phi thể tích công bằng không trạng huống tiền đề hạ, Gibbs có thể biến hóa lượng nhất định tiểu với hoặc bằng linh:

$\Delta G\leq 0$.

Nói cách khác, đang đợi ôn chờ áp cùng phi thể tích công bằng không trạng huống hạ, chỉ cần suy xét hệ thống Gibbs có thể biến hóa lượng, liền có thể đánh giá nhiệt lực học quá trình hay không vì tự phát tiến hành, mà không cần suy xét ngoại tại hoàn cảnh nhân tố. Gibbs có thể biến hóa lượng khả năng thuộc về dưới ba loại giá trị vực:

• $\Delta G<0$:Quá trình có tự phát tính.
• $\Delta G=0$:Quá trình bị vây cân bằng trạng thái.
• $\Delta G>0$:Quá trình bị nghiêm khắc cấm.

Chú ý tới đang đợi ôn chờ áp cùng phi thể tích công bằng không trạng huống hạ, hệ thống Gibbs có thể biến hóa lượng cùng cô lập hệ thống entropy biến hóa lượng, giữa hai bên quan hệ vì

$\Delta G=-T\Delta S_{\mathrm {tot} }$.

Này ý nghĩa, cô lập hệ thống entropy gia tăng đối ứng tử hệ thống Gibbs có thể giảm bớt, cho nên, nhiệt lực học tự phát phương hướng là hướng tới Gibbs có thể giảm bớt phương hướng, Gibbs có thể có thể đánh giá một cái nhiệt lực học quá trình tự phát tính. Bởi vì hóa học thực nghiệm thông thường là đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ tiến hành, cho nên, Gibbs có thể là một loại cực có công năng nhiệt lực học khái niệm.

Phi thể tích công không phải linh trạng huống

Giả thiết đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, hệ thống từ hoàn cảnh đạt được phi thể tích công$W'$,Tắc nội có thể biến hóa lượng vì

$\Delta U=Q-p\Delta V+W'$.

Hệ thống Gibbs có thể biến hóa lượng vì

$\Delta G=\Delta U-T\Delta S+p\Delta V$.

Gibbs có thể biến hóa lượng$\Delta G$Cùng hệ thống thu hoạch đến phi thể tích công$W'$,Hai người quan hệ vì:

$\Delta G=Q-T\Delta S+W'\leq W'$.

Nói cách khác, hệ thống Gibbs có thể giảm bớt lượng$-\Delta G$Cùng hệ thống đối với hoàn cảnh sở làm phi thể tích công$-W'$,Hai người quan hệ vì

$-\Delta G\geq -W'$.

Hệ thống sở làm phi thể tích công không phảiTrạng thái hàm số,Này trị số là y công tác đường nhỏ mà định, mà Gibbs có thể là trạng thái hàm số, Gibbs có thể giảm bớt lượng cùng công tác đường nhỏ không quan hệ, cho nên, đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, hệ thống Gibbs có thể giảm bớt lượng là này có khả năng làm lớn nhất phi thể tích công.

Phản ứng hoá học

Phản ứng hoá học cũng là một loại nhiệt lực học quá trình, cho nên phía trước phân tích cũng áp dụng với phản ứng hoá học. Đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, Gibbs có thể giảm bớt lượng có thể dùng để đánh giá phản ứng hoá học tự phát tính, mà đương Gibbs có thể biến hóa lượng bằng lúc không giờ, phản ứng hoá học bị vây cân bằng trạng thái.

Tiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể

Tiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể

Vật chất	Trạng thái	$\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {m} }^{\ominus }$ (kJ/mol)	$\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {m} }^{\ominus }$ (kcal/mol)
NO	g	87.6	20.9
NO2	g	51.3	12.3
N2O	g	103.7	24.78
H2O	g	-228.6	-54.64
H2O	l	-237.1	-56.67
CO2	g	-394.4	-94.26
CO	g	-137.2	-32.79
CH4	g	-50.5	-12.1
C2H6	g	-32.0	-7.65
C3H8	g	-23.4	-5.59
C6H6	g	129.7	29.76
C6H6	l	124.5	31.00

Bởi vì nhiệt lực học không thể định nghĩa Gibbs có thể tuyệt đối trị số, cho nên thực tế ứng dụng khi, có thể lợi dụng nó làTrạng thái hàm sốTính chất tới tính toán vật chấtTiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể,Tên đầy đủ vì “Tiêu chuẩn Moore sinh thành Gibbs có thể”, đánh dấu vì “$\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {m} }^{\ominus }$”Hoặc “$\Delta _{\mathrm {f} }G^{\ominus }$”.Đầu tiên, yêu cầu giả thiết tham khảo trạng thái tiêu chuẩn sinh thành tự do có thể bằng không; ởTiêu chuẩn trạng huốngHạ, sở hữu nhất ổn định hình thức nguyên tố đều bị chỉ định vì bị vây tham khảo trạng thái. Bước tiếp theo, đối vớiHoá chấtHoặc cái khác hình thức nguyên tố, chúng nó tiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể bị giả thiết vì, từ nhất ổn định hình thức nguyên tố sinh thành mộtMooreHoá chấtHoặc cái khác hình thức nguyên tố, sở yêu cầu Gibbs có thể biến hóa lượng. Ở thực nghiệm phương diện, có rất nhiều phương pháp có thể dùng để tính ra vật chất tiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể, tỷ như, có thể từ vật chất hàm biến hóa lượng cùng entropy biến hóa lượng thực nghiệm số liệu, lợi dụng Gibbs có thể định nghĩa thức tính ra ra tới. Bình thường giải toán tắc có thể từ hàm cùng entropy danh sách tuần tra tương quan trị số.

Giả như cái gì đó chất tiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể là giá trị âm, tắc xưng nên vật chất vì “Nhiệt lực học ổn định vật chất”; giả như là chính trực, tắc vì “Nhiệt lực học không ổn định vật chất”. Tỷ như,ThủyTiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể là giá trị âm, cho nên ởTiêu chuẩn trạng huốngHạ thực ổn định. Lại tỷ như,BenzenTiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể là chính trực, cho nên ở tiêu chuẩn trạng huống hạ không ổn định.

Tiêu chuẩn phản ứng Gibbs có thể

Thông qua tiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể, có thể tính ra phản ứng hoá học sở cần “Tiêu chuẩn phản ứng tự do có thể”. ỞTiêu chuẩn trạng huốngHạ, phản ứng vật biến hóa vì sản vật sở cần Gibbs có thể biến hóa lượng, chính là tiêu chuẩn phản ứng Gibbs có thể, thường dùng ký hiệu$\Delta _{\mathrm {r} }G_{\mathrm {m} }^{\ominus }$Hoặc “$\Delta _{\mathrm {r} }G^{\ominus }$”Tỏ vẻ. Đối với giống nhau phản ứng

$a\;\mathrm {A} +b\;\mathrm {B} \rightarrow c\;\mathrm {C} +d\;\mathrm {D}$,

Tiêu chuẩn phản ứng Gibbs có thể vì

$\Delta _{\mathrm {r} }G^{\ominus }=[c\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {C} }^{\ominus }+d\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {D} }^{\ominus }]-[a\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {A} }^{\ominus }+b\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {B} }^{\ominus }]$.

Chung chung học sách giáo khoa cùng hóa học sổ tay trung đều sẽ liệt ra thường thấy vật chất tiêu chuẩn sinh thành Gibbs có thể ( đồng thời còn sẽ liệt sinh ra thànhHàmCùng tiêu chuẩnEntropy), trực tiếp tra biểu liền có thể tính ra phản ứng hoá học sở cần tiêu chuẩn phản ứng tự do có thể.

Giả như$\Delta _{\mathrm {r} }G^{\ominus }$Vì giá trị âm, tắc phản ứng sẽ tự phát tiến hành; nếu không, giả như vì chính trực, tắc nghịch phản ứng sẽ tự phát tiến hành. Thông thường mà nói,$\Delta _{\mathrm {r} }G^{\ominus }$Không đợi với linh, bởi vì không đề cập cân bằng hoá học luận đề.

Mở ra hệ thống

Mở ra hệ thốngLà một loại có thể cùng với hoàn cảnh truyền lại năng lượng cùng vật chấtNhiệt lực học hệ thống.Ở mở ra hệ thống, nội có thể cùng mỗi một loại vật chất chất hợp thành số lượng có quan hệ:

$U=U(S,V,n_{1},n_{2},n_{3},\dots )$;

Trong đó,$n_{i}$Là vật chất chất hợp thành$i$Moore số.

Nội có thểToàn vi phânLà

$\mathrm {d} U=T\,\mathrm {d} S-P\,\mathrm {d} V+\sum _{i=1}^{N}\mu _{i}\mathrm {d} n_{i}$;

Trong đó,$\mu _{i}=\left({\frac {\partial U}{\partial n_{i}}}\right)_{S,V,n_{j\neq i}}$Là vật chất chất hợp thành$i$Hóa học thế.

Từ Gibbs có thể định nghĩa thức, có thể được đến Gibbs có thể toàn vi phân:

$\mathrm {d} G=-S\,\mathrm {d} T+V\,\mathrm {d} p+\sum _{i=1}^{N}\mu _{i}\mathrm {d} n_{i}$.

Cho nên, hóa học thế cùng Gibbs có thể quan hệ vì

$\mu _{i}=\left({\frac {\partial G}{\partial n_{i}}}\right)_{T,p,n_{j\neq i}}$.

Đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, Gibbs có thể toàn vi phân là

$dG=\sum _{i=1}^{N}\mu _{i}\mathrm {d} n_{i}$.

Gibbs có thể là cáiTrạng thái hàm số,Coi như tích phân giải toán khi, Gibbs có thể trị số cùng tích phân đường nhỏ không quan hệ. Bởi vì hóa học thế chỉ cùng độ ấm, sức chịu nén, vật chất chất hợp thành phần trăm có quan hệ, giả như gia tăng vật chất tổng số lượng, mà duy trì vật chất chất hợp thành phần trăm bất biến, tắc Gibbs có thể vi phân thức có thể tỏ vẻ vì

$dG=\sum _{i=1}^{N}\mu _{i}n_{i}\mathrm {d} x$;

Trong đó,$\mathrm {d} x=\mathrm {d} n_{i}/n_{i}$Là mỗi một loại vật chất chất hợp thành đồng bộ gia tăng phân suất.

Như vậy, có thể làm tích phân được đến Gibbs có thể:

$G=\sum _{i=1}^{N}\mu _{i}n_{i}$.

Lý tưởng khí thể chất hỗn hợp

Giả thiết ở hệ thống, chỉ có một loại lý tưởng khí thể chất hợp thành, tắc từ Gibbs có thể toàn vi phân, có thể được đến thiên đạo số

$\left({\frac {\partial G_{m}}{\partial p}}\right)_{T}=V_{m}={\frac {RT}{p}}$;

Trong đó,$G_{m}$Là mạc nhĩ Gibbs có thể,$V_{m}$Là mạc nhĩ thể tích.

Đối này thiên vi phân phương trình làm tích phân, có thể được đến

$G_{m}(T,p)=G_{m0}(T)+RT\ln(p/p_{0})$;

Trong đó,$G_{m0}$Là ở tham khảo sức chịu nén$p_{0}$Mạc nhĩ Gibbs có thể, này chỉ cùng độ ấm có quan hệ.

Vì giản tiện khởi kiến, giả thiết tham khảo sức chịu nén vì 1atm,Ở tính toán khi, sức chịu nén$p$Đơn vị cần thiết vìatm.Như vậy, có thể đem phương trình tỏ vẻ vì

$G_{m}(T,p)=G_{m0}(T)+RT\ln(p)$.

Giả thiết hệ thống có bao nhiêu loại lý tưởng khí thể chất hợp thành, bởi vì giả định phần tử kích cỡ thực nhỏ bé, hơn nữa phần tử cùng phần tử chi gian không hỗ trợ lẫn nhau, tắc căn cứNói ngươi đốn phân áp định luật,Lý tưởng khí thể sức chịu nén cùngPhân ápChi gian quan hệ vì

$p=\sum _{i=1}^{N}p_{i}$;

Trong đó,$p_{i}$Là đệ$i$Loại lý tưởng khí thể phân áp.

Bởi vậy, đệ$i$Loại lý tưởng khí thể Gibbs có thể vì

$G_{m}(T,p_{i})=G_{m0i}(T)+RT\ln(p_{i})$;

Dựa theo tỉ lệ, đệ$i$Loại lý tưởng khí thể hóa học thế vì

$\mu _{i}=\Delta _{\mathrm {f,i} }G_{\mathrm {m} }^{\ominus }+RT\ln(p_{i})$.

Đối với khí thể phản ứng

$a\;\mathrm {A} +b\;\mathrm {B} \rightarrow c\;\mathrm {C} +d\;\mathrm {D}$,

Gibbs có thể biến hóa lượng vì

${\begin{aligned}\Delta G&=[[c\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {C} }^{\ominus }+d\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {D} }^{\ominus }]-[a\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {A} }^{\ominus }+b\Delta _{\mathrm {f} }G_{\mathrm {B} }^{\ominus }]+RT\ln(Q)\\&=\Delta G_{0}+RT\ln(Q)\\\end{aligned}}$;

Trong đó,$\Delta G_{0}$Là tiêu chuẩn phản ứng Gibbs có thể,$Q={\frac {p_{c}^{c}\ p_{d}^{d}}{p_{a}^{a}\ p_{b}^{b}}}$LàPhản ứng thương.

Giả như Gibbs có thể biến hóa lượng vì giá trị âm, tắc phản ứng sẽ tự phát tiến hành; nếu không, giả như vì chính trực, tắc nghịch phản ứng sẽ tự phát tiến hành. Nói cách khác, toàn bộ phản ứng hướng tới Gibbs có thể giảm bớt phương hướng tiến hành.

Giả thiết phản ứng đạt thành cân bằng hoá học, tắc Gibbs có thể biến hóa lượng bằng không:

$\Delta G_{0}+RT\ln(Q)=0$.

Cân bằng hằng số$K$Định nghĩa vì

$K\ {\stackrel {def}{=}}\ Q$.

Cho nên, cân bằng hằng số cùng độ ấm có quan hệ:

$K(T)=e^{-\Delta G_{0}/RT}$.

Như vậy, có thể cấp ra dưới kết luận:

• $\Delta G_{0}>0$Khi,$K<1$.
• $\Delta G_{0}=0$Khi,$K=1$.
• $\Delta G_{0}<0$Khi,$K>1$.

Điện hóa học

Kẽm đồng pin là một loạiGià phàm ni pin.Từ đồng cấu thành cực dương Thẩm tẩm với CuSO₄Dung dịch nội, từ kẽm cấu thành cực âm Thẩm tẩm với ZnSO₄Dung dịch nội. Ở hai ly dung dịch gian liên tiếp một tòa KClMuối kiều.Bởi vì điện thế sử dụng, điện tử sẽ từ cực âm di động trải qua mạch điện ngoài đến cực dương. Sinh ra này điện thế phản ứng hoá học vì
Zn(s) + Cu²⁺(aq)→Zn²⁺(aq) + Cu(s)

Phía trướcPhi thể tích công không phải linh trạng huốngĐoạn tỏ rõ, đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ, hệ thống Gibbs có thể giảm bớt lượng là này có khả năng làm lớn nhất phi thể tích công:

$-\Delta G\geq -W'$.

ỞĐiện hóa học,Điện hóa pinSở làm phi thể tích công$-W'$Chính làĐiện công,Này cực đại chính là pin phản ứng Gibbs có thể giảm bớt lượng. Giả thiết, có$n$Moore điện tử từ pin cực âm di động trải qua mạch điện ngoài đến pin cực dương, mà pin điện thế vì${\mathcal {E}}$,Tắc thu hoạch đến phi thể tích công vì

$W'=-n{\mathcal {F}}{\mathcal {E}}$;

Trong đó,${\mathcal {F}}$VìFaraday hằng số,Tức một Moore điện tử sở có chứa điện tích.

Giả thiết toàn bộ quá trình vì đảo ngược quá trình, tắc có thể được đến điện hóa học cơ sở phương trình, này tỏ vẻ ra Gibbs có thể biến hóa lượng cùng điện thế quan hệ:

$\Delta G=-n{\mathcal {F}}{\mathcal {E}}$.

Cho nên, điện thế vì

${\mathcal {E}}=-\Delta G/n{\mathcal {F}}$.

Đối với sở hữu phản ứng vật cùng sản vật đều bị vây tiêu chuẩn trạng huống trường hợp, pin điện thế xưng là “Tiêu chuẩn điện thế”, đánh dấu vì${\mathcal {E}}^{\ominus }$,Lấy phương trình định nghĩa vì

${\mathcal {E}}^{\ominus }\ {\stackrel {def}{=}}\ -\Delta G^{\ominus }/n{\mathcal {F}}$.

Phản ứng hoá học sẽ hướng tới Gibbs có thể giảm bớt phương hướng tự phát tiến hành. Nói cách khác, hướng tới này phương hướng, phản ứng hoá học Gibbs có thể biến hóa lượng vì giá trị âm. Này ý nghĩa điện thế vì chính trực, pin vìNguyên pin,Không cần trí nhập ngoại điện áp nguyên, điện tử liền sẽ thông qua mạch điện ngoài từCực âmDi động đếnCực dương.

Giả như điện thế vì giá trị âm, tắc pin vìĐiện giải trì,Yêu cầu trí nhập ngoại điện áp nguyên, điện tử mới có thể dựa theo đẳng thức chính phương hướng di động.

Đem bị vây cân bằng hoá học phản ứng hoá học$\Delta G$Công thức đại nhập điện thế công thức, có thể được đến

${\mathcal {E}}=-{\frac {\Delta G^{\ominus }+RT\ln Q}{n{\mathcal {F}}}}$.

Lại đem tiêu chuẩn điện thế định nghĩa thức đại nhập, tắc có thể được đếnCó thể tư đặc phương trình:

${\mathcal {E}}={\mathcal {E}}^{\ominus }-{\frac {RT}{n{\mathcal {F}}}}\ln Q$.

Thông qua này thức, có thể tính ra ra, ở tùy ý trạng huống hạ, điện thế trị số.

Lịch sử

Josiah · Gibbs

Tham kiến:Nhiệt lực học tự do có thể

Lúc đầu, nhà hóa học sử dụng thuật ngữ “Thân hòa thế”Tới miêu tả thúc đẩy phản ứng hoá học nhân tố, nhưng này thuật ngữ đã qua khi, hiện nay đã bị thuật ngữ “Tự do có thể” thay thế, tự do có thể là một loại tương đối tiên tiến cùng chuẩn xác thuật ngữ.

1873 năm, Gibbs phát biểu luận văn 《 dùng mặt cong phương pháp tới bao nhiêu biểu hiện ra vật chất nhiệt lực học tính chất 》. Tại đây thiên luận văn, hắn kỹ càng tỉ mỉ trình bày và phân tích hắn tân phương trình nguyên lý. Này phương trình có thể đoán trước hoặc tính ra, đương mấy thứ vật thể hoặc hệ thống tiếp xúc ở bên nhau là lúc, các loại tự nhiên quá trình phát sinh xu thế. Thông qua nghiên cứu mấy thứ đều một tính vật chất tiếp xúc khi hỗ trợ lẫn nhau, tỷ như, từ một bộ phận thể rắn, một bộ phận chất lỏng cùng một bộ phận khí thể cấu thành vật thể, lại thông qua triển lãm tương quanThể tích-Entropy-Nội có thể3d đồ, Gibbs có thể phán đoán ba loại cân bằng trạng thái, tức thăng bằng ổn định, trung tính cân bằng hoặc không ổn định cân bằng, cùng với hay không sẽ phát sinh kế tiếp biến hóa. Gibbs tỏ rõ,

Giả như chúng ta muốn dùng phương trình tới biểu đạt cái gì đó chất trình nhiệt lực học cân bằng sung muốn điều kiện, đang đợi áp cùng chờ ôn trạng huống hạ, này phương trình có thể viết vì:δ(ε−Tη+pν) = 0 Trong đó,δChỉ chính là vật thể các bộ phận nhân biến hóa mà sinh ra nhỏ béBiến phân,Này cùng vật thể bị phân chia vì mấy cái bất đồng trạng thái bộ phận thành tỉ lệ. Thăng bằng ổn định phán theo là, ở dấu móc nội biểu đạt thức, này trị số cần thiết vì nhỏ nhất giá trị.

Tại đây trình bày và phân tích,ε,η,νPhân biệt là vật thểNội có thể,EntropyCùngThể tích.

Tại đây lúc sau, với 1882 năm, nước Đức vật lý học giảHermann · von · hợi mỗ hoắc tưMiêu tả thân hòa thế vì có thể từ đảo ngược tính phản ứng đạt được lớn nhất công, tỷ như, từ đảo ngược tính pin đạt được điện công. Dựa theo này quan điểm, lớn nhất công bị coi là hệ thống tự do có thể giảm bớt lượng ( đang đợi ôn chờ áp trạng huống hạ Gibbs có thể, hoặc đang đợi ôn chờ dung trạng huống hạ hợi mỗ hoắc tư có thể ), mà thích ra nhiệt năng thông thường là hệ thống tổng năng lượng giảm bớt lượng. Như vậy, Gibbs có thể hoặc hợi mỗ hoắc tư có thể là, tự cấp định trạng huống hạ, nhưng cung cấp vì công năng lượng.

Ở thời gian kia lĩnh phía trước, giống nhau quan điểm vì, "Sở hữu phản ứng hoá học sẽ sử dụng hệ thống đến phản ứng thân hòa thế biến mất hầu như không còn cân bằng trạng thái". Lúc sau 60 năm, thuật ngữ “Thân hòa thế” dần dần bị thuật ngữ “Tự do có thể” thay thế. Căn cứ hóa học lịch sử học giảHenry · lại sắt tư đặcGhi lại, với 1923 năm,Jill bá đặc · LouisCùngMoore · nhiễm nói ngươiPhát biểu một quyển thực cụ lực ảnh hưởng sách giáo khoa 《Nhiệt lực học cùng hóa học vật chất tự do có thể》, ở đại bộ phận tiếng Anh hệ thế giới quốc gia, quyển sách này thúc đẩy mọi người ưu ái cùng sử dụng thuật ngữ “Tự do có thể”.

Xem thêm

• Hóa học thế
• Hợi mỗ hoắc tư tự do có thể
• Tự do có thể
• Gibbs — hợi mỗ hoắc tư phương trình