
【化】 affinity of chemical reaction
化学反应亲和势(Chemical Affinity)是物理化学中的重要概念,指化学反应自发进行的趋势或推动力。该术语源于拉丁语“affinitas”,在汉英词典中通常对应“affinity”或“chemical affinity”。其核心内涵可从以下维度解析:
亲和势(A)在热力学中定义为系统吉布斯自由能降低的负值,即: $$ A = -Delta G $$ 其中:
该定义由美国化学家吉尔伯特·路易斯(Gilbert N. Lewis)于20世纪初确立,将传统定性概念量化为可计算的物理量。
瑞典化学家贝格曼(Torbern Bergman)首次提出“亲和势表”,通过置换反应现象描述物质间结合的倾向性,例如酸与碱的中和反应。
范特霍夫(van't Hoff)提出化学平衡常数与温度的关系式,揭示亲和势与反应平衡的定量联系: $$ frac{d ln K}{dT} = frac{Delta H}{RT} $$ 其中 $K$ 为平衡常数,$Delta H$ 为焓变。
亲和势直接关联电极电势($A = nFE$),用于判断氧化还原反应的自发性,如电池放电过程。
酶催化反应中,底物与酶的亲和势(以米氏常数 $K_m$ 表征)决定催化效率,例如ATP水解驱动的离子跨膜运输。
在高温固相反应(如陶瓷烧结)中,亲和势指导组分选择以优化产物纯度,避免副反应。
化学反应亲和势是化学热力学中用于判断反应方向与平衡状态的重要概念,其核心定义和要点如下:
化学反应亲和势(Affinity of Chemical Reaction)定义为吉布斯自由能变(ΔₐGₘ)的负值,即: $$ A = -Delta_r G_m $$ 其中,ΔₐGₘ为反应的摩尔吉布斯自由能变。在热力学中,它还可通过化学势表示为: $$ A = -sum u_B mu_B $$ (ν_B为化学计量数,μ_B为物质B的化学势)。
亲和势反映了恒温恒压且无非体积功条件下,化学反应的推动力。其绝对值越大,反应自发进行的趋势越强。
通过等温方程可推导出: $$ Delta_r G_m = Delta_r G_m^theta + RT ln Q_p $$ 结合亲和势定义,当反应达平衡时(Q_p = K^theta,ΔₐG_m = 0),可得: $$ A = -RT ln K^theta + RT ln Q_p $$ 此时若Q_p < K^theta,A > 0,反应正向进行。
该概念由De Donder于1922年提出,其优势在于将反应推动力与热力学函数直接关联,避免了单独分析各组分化学势的复杂性。实际应用中需注意,亲和势仅适用于封闭系统的恒温恒压条件。
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