gibbs free energy是什么意思，gibbs free energy的意思翻译、用法、同义词、例句
常用词典
吉布斯自由能；自由焓
例句
Who remembers? Gibbs free energy?
有谁记得？吉布斯自由能？
And that gives you the Gibbs free energy.
就得到了吉布斯自由能。
And this is the Gibbs free energy per mole.
化学势是一摩尔物质的吉布斯自由能。
So we go back to writing what the Gibbs free energy is.
我们回到吉布斯自由能的表达式。
The Gibbs free energy per mole of a in the liquid phase.
液相中的化学势就是，液相中每摩尔a的吉布斯自由能。
专业解析
吉布斯自由能（Gibbs Free Energy），也称为吉布斯函数，是热力学中一个极其重要的状态函数，用于表征在等温等压条件下，封闭系统所能做的最大非体积功，并判断过程自发进行的方向和限度。其概念由美国物理化学家约西亚·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs）于19世纪提出。
核心定义与物理意义
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定义式：
吉布斯自由能通常用符号 ( G ) 表示，其定义为：
$$
G = H - TS
$$
其中：
- ( H ) 是系统的焓（Enthalpy），代表系统的热含量。
- ( T ) 是绝对温度（开尔文温标）。
- ( S ) 是系统的熵（Entropy），代表系统的无序度。
这个定义将系统的能量（焓）和其无序度（熵）在特定温度下联系起来。
-
核心物理意义 - 自发过程判据：
对于一个在等温等压条件下发生的过程（如化学反应、相变等），系统吉布斯自由能的变化 ( Delta G ) 是判断该过程能否自发进行的决定性判据：
- ( Delta G < 0 ) (负值)：过程能自发进行。( Delta G ) 的绝对值代表了在该条件下系统所能做的最大非体积功（如电功）。过程会自发地向吉布斯自由能降低的方向进行。
- ( Delta G = 0 )：系统处于平衡状态。过程没有自发进行的趋势，正逆过程速率相等。
- ( Delta G > 0 ) (正值)：过程不能自发进行。若要发生，必须借助外力（如输入能量或功）。其逆过程是自发的。
关键理解要点
- 能量与混乱度的权衡：( Delta G = Delta H - TDelta S )。该公式清晰地表明，过程的自发性取决于焓变 ( Delta H )（通常与键能变化相关，倾向于放热使 ( Delta H < 0 )）和熵变 ( Delta S )（倾向于增大混乱度使 ( Delta S > 0 )）之间的竞争，温度 ( T ) 决定了熵变项的权重。低温下焓变主导，高温下熵变主导。
- 等温等压条件：吉布斯自由能作为判据的应用前提是温度和压力恒定。这是化学反应和许多相变（如蒸发、熔化）发生的典型条件。
- 最大有用功：在可逆过程中，( Delta G ) 的减少量等于系统对环境所做的最大非体积功（例如，在电池中可转化为电能）。
- 平衡常数关联：对于化学反应 ( aA + bB rightleftharpoons cC + dD )，在给定温度下，其标准吉布斯自由能变 ( Delta G^circ ) 与反应的平衡常数 ( K ) 直接相关：
$$
Delta G^circ = -RT ln K
$$
其中 ( R ) 是气体常数。该公式是联系热力学和化学平衡的核心桥梁。
应用领域
吉布斯自由能是理解和预测以下现象的基础：
- 化学反应的方向与限度：预测化学反应在给定条件下能否自发进行以及能达到的平衡点。
- 相平衡：判断物质在不同相（如固、液、气）之间转变的方向和条件（例如熔点、沸点、溶解度）。
- 电化学：计算电池的最大电动势和电解所需的最小电压。
- 材料科学：预测合金的稳定性、相分离等。
- 生物化学：分析生化反应（如ATP水解驱动其他反应）和生物大分子（如蛋白质折叠）的稳定性。
参考来源
- Atkins, P., & de Paula, J. Physical Chemistry (第10版). Oxford University Press. (经典物理化学教材，对吉布斯自由能有深入阐述)
- Callen, H. B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics (第2版). Wiley. (热力学权威著作，从统计力学角度阐释自由能概念)
- Alberty, R. A. Thermodynamics of Biochemical Reactions. Wiley. (专门讨论生物化学中热力学应用，强调吉布斯自由能的作用)
- 中国大百科全书出版社. 《中国大百科全书》（化学卷、物理学卷）. (权威中文参考，提供基础定义和解释)
网络扩展资料
吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）是热力学中用于判断系统在恒温恒压条件下过程自发性的重要函数，由美国科学家约西亚·吉布斯提出。以下是其核心要点：
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定义与公式
吉布斯自由能（符号为( G )）定义为系统的焓（( H )）减去温度（( T )）与熵（( S )）的乘积，公式为：
$$
G = H - TS
$$
其微分表达式为：
$$
dG = -SdT + VdP + sum mu_i dN_i
$$
其中( V )为体积，( P )为压强，( mu_i )为化学势，( N_i )为物质的量。
-
物理意义
吉布斯自由能变化（( Delta G )）用于判断化学反应或物理过程的方向性：
- ( Delta G < 0 )：反应自发进行；
- ( Delta G = 0 )：系统处于平衡状态；
- ( Delta G > 0 )：反应非自发，需外界能量驱动。
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应用场景
- 预测化学反应方向及限度；
- 分析相变、溶解等物理过程的可行性；
- 在工程中优化能量利用效率。
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术语关联
吉布斯自由能也被称为自由焓或吉布斯函数（Gibbs Function），与亥姆霍兹自由能（Helmholtz Free Energy）同为自由能的不同形式，区别在于适用条件（恒压与恒容）。
如需进一步了解公式推导或具体案例，可参考热力学教材或专业文献。
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