第六章 · 吉布斯自由能与化学势

温度与自发性判别台

把温度推上去,看看同一反应的“热力学方向”会不会翻转。这里的 ΔG、ΔH、ΔS 分别指当前指定状态的反应量 ΔrG、ΔrH、ΔrS。先抓住一句话:ΔG 判断方向,不替你保证速度。

ΔG = ΔH − TΔS

给反应一组“性格”

焓变 ΔH
熵变 ΔS
298 K

为把“阈温度”画出来,演示固定 |ΔH| = 55 kJ·mol⁻¹、|ΔS| = 0.100 kJ·mol⁻¹·K⁻¹。真实反应的阈温度由各自数值决定,不能只看正负号。

此刻的热力学判别

ΔG < 0:正向热力学上有利

体系沿正向变化时,吉布斯自由能会降低。

ΔG = −25.2 kJ·mol⁻¹

低温:有利高温:有利
100 K550 K1000 K

该组符号下,升温不会让 ΔG 改变正负。

先别掉进“快慢”陷阱

ΔG < 0 只说明正向在热力学上有驱动力;是否在可观察时间内发生,还要看活化能、浓度、催化剂和传质等动力学因素。

为什么同号才会翻转?

当 ΔH 与 ΔS 同号时,−TΔS 会随温度增大而改变与 ΔH 的“对抗”程度;当二者异号时,两项始终共同把 ΔG 推向同一侧。

小检查 · 先自己判一遍

若 ΔH > 0、ΔS > 0,且温度高于阈温度 T*,ΔG 应该怎样?

提示:这里的 T* 满足 ΔH = T*ΔS。

教学示意:恒温恒压、仅允许体积功,用反应在当前指定状态的 ΔrG 判断微小正向变化;ΔH、ΔS 在演示温区取常量。若输入的是标准 ΔrH°、ΔrS°,算出的是 ΔrG°,实际组成还需加 RT ln Q;不能由 ΔrG°=0 宣称任意组成已平衡。