
【化】 affinity of chemical reaction
化學反應親和勢(Chemical Affinity)是物理化學中的重要概念,指化學反應自發進行的趨勢或推動力。該術語源于拉丁語“affinitas”,在漢英詞典中通常對應“affinity”或“chemical affinity”。其核心内涵可從以下維度解析:
親和勢(A)在熱力學中定義為系統吉布斯自由能降低的負值,即: $$ A = -Delta G $$ 其中:
該定義由美國化學家吉爾伯特·路易斯(Gilbert N. Lewis)于20世紀初确立,将傳統定性概念量化為可計算的物理量。
瑞典化學家貝格曼(Torbern Bergman)首次提出“親和勢表”,通過置換反應現象描述物質間結合的傾向性,例如酸與堿的中和反應。
範特霍夫(van't Hoff)提出化學平衡常數與溫度的關系式,揭示親和勢與反應平衡的定量聯繫: $$ frac{d ln K}{dT} = frac{Delta H}{RT} $$ 其中 $K$ 為平衡常數,$Delta H$ 為焓變。
親和勢直接關聯電極電勢($A = nFE$),用于判斷氧化還原反應的自發性,如電池放電過程。
酶催化反應中,底物與酶的親和勢(以米氏常數 $K_m$ 表征)決定催化效率,例如ATP水解驅動的離子跨膜運輸。
在高溫固相反應(如陶瓷燒結)中,親和勢指導組分選擇以優化産物純度,避免副反應。
化學反應親和勢是化學熱力學中用于判斷反應方向與平衡狀态的重要概念,其核心定義和要點如下:
化學反應親和勢(Affinity of Chemical Reaction)定義為吉布斯自由能變(ΔₐGₘ)的負值,即: $$ A = -Delta_r G_m $$ 其中,ΔₐGₘ為反應的摩爾吉布斯自由能變。在熱力學中,它還可通過化學勢表示為: $$ A = -sum u_B mu_B $$ (ν_B為化學計量數,μ_B為物質B的化學勢)。
親和勢反映了恒溫恒壓且無非體積功條件下,化學反應的推動力。其絕對值越大,反應自發進行的趨勢越強。
通過等溫方程可推導出: $$ Delta_r G_m = Delta_r G_m^theta + RT ln Q_p $$ 結合親和勢定義,當反應達平衡時(Q_p = K^theta,ΔₐG_m = 0),可得: $$ A = -RT ln K^theta + RT ln Q_p $$ 此時若Q_p < K^theta,A > 0,反應正向進行。
該概念由De Donder于1922年提出,其優勢在于将反應推動力與熱力學函數直接關聯,避免了單獨分析各組分化學勢的複雜性。實際應用中需注意,親和勢僅適用于封閉系統的恒溫恒壓條件。
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