当前课程知识点：大学化学 > 第七章 化学反应的方向 > 7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一） > Video
同学们好
今天我们开始
新的一节的内容
在上一节当中
我们从热力学的
第二和第三定律出发
帮大家推导了熵判据
在孤立系统当中的应用
同时呢我们也给大家
举了许多在生活当中
和研究当中的例子
来讨论
熵变与体系自发过程
进行方向的关系
那么这一节呢
我们将跟大家
一起探讨一个
更实用的
吉布斯自由能判据
首先
我们来了解一下
什么是吉布斯自由能
吉布斯
是一位多才多艺的
美国科学家
他既是物理学家
也是化学家
同时还是一位
杰出的数学家
在19世纪末
吉布斯通过
对封闭体系
等温、等压
和可逆过程当中的做功
与热量传递
之间的关系研究
为我们构建了一个
全新的热力学状态函数
这个状态函数呢
被后人定义为
吉布斯自由能
吉布斯自由能
可以有多种方式
来进行推导
首先我们从
孤立体系的熵判据
来推导吉布斯自由能的
函数关系
在上一节当中
我们跟大家介绍了
对于一个孤立系统而言
我们在现实当中
是很难遇到的
原因是
系统和环境之间
它们的热量
和功之间的交换
我们无法做到
百分之百的隔绝
但是
我们可以把一个封闭系统
和它周围的环境
组合成一个
构建的孤立系统
这样构建的一个孤立系统
既包括了
我们的封闭系统
也包括了
我们与系统密切相关的环境
当我们把系统
和与之紧邻的环境
构建成一个新的
孤立体系以后
这时候
对于构建的孤立体系当中
所发生的自发反应
根据熵判据
我们很容易就得出
它是一个大于0的
这样一个条件
在孤立体系的熵大于0的
这样一个
状态函数的变化过程当中
包含了两部分
也就是我们的
封闭体系和环境
之间的熵的熵变的总和
这当中我们的系统呢
可以看作封闭系统
而在封闭系统与环境之间
所发生的过程
我们可以看作
可逆过程
在此基础上
我们对于封闭系统中的
等温、等压的
可逆过程而言
体系的温度
和环境的温度
都是一致的
当封闭系统当中
发生一个
自发过程的时候
我们这时候就会发现
封闭系统增加的热量
如果为Qr的话
则与之紧邻的环境呢
则会相应的失去一个
Qr的热量
这时候环境的熵变
就会与我们
在可逆过程当中
热量的变化
与环境的温度的比值
直接相等
这是从
我们克劳修斯不等式当中
我们已经获得的
关于熵这种状态函数
它的变化
与在可逆过程当中的
热温商之间的
数学关系
在此基础上
由于
我们在可逆过程当中
是一个等温等压的环境
所以
对于等压条件下
我们的吸热与焓变之间
也有这样的关系
所以环境呢
在等温等压下
我们的热量的变化
与焓变之间
有这样的数学关系
所以这时候我们可以把
环境的熵变
改写成温度与焓变
之间的关系
进一步的
我们把这样的式子
代入到我们最初的
孤立体系的熵判据当中
我们就会得到
这样一个
不等式的关系
在这样一个不等式当中
体系的熵变
也就是刚才的
封闭系统的熵变
和我们的环境的熵变之和
加起来是大于0的
做进一步的数学处理以后
我们把不等式两边
乘以一个温度
同时进行移项
我们就发现
这时候的不等式
变成了一个相反的方向
原因是什么呢
因为我们所乘的温度
是一个大于0的正数
所以不等号的方向
不会改变
而我们移项以后
这时候改变了我们的焓
与熵变之间的符号
这时候一个新的不等式呢
就出现在
我们研究自发过程的
这样一个
数学条件当中
如果我们把终态和始态
相应的变化考虑进去
我们终态为H2
我们的始态为H1的话
相应的熵变
是S2和S1的话
这时候
我们就可以把
这样一个式子呢
通过拆分
组合成一个类似于
我们在研究内能
与焓变之间的关系时
所考虑的这样一个
数学表达式
在这个数学表达式当中
如果我们忽略了
终态和始态它的下脚标
我们发现
括号内的两个式子
几乎是完全一致的
这时候
我们把在等温、等压
可逆过程当中的
封闭系统
所发生的自发过程
可以描述出一个新的
状态函数
它就恒等于
我们的焓与熵
和温度之间的关系
是这样一个方程
如果我们把焓在等压条件
再转换成内能
与相应的功
之间的变化的话
我们就可以得到
这个新的状态函数
它的一个更加完整的
数学表达式
这时候
这个新的状态函数
就是被后人命名为
吉布斯自由能
或者吉布斯函数的
这样一个新的
状态函数
在这样一个过程当中
由于我们借鉴了
焓、熵和温度的
相应的量纲
所以吉布斯函数
或是吉布斯自由能
它的量纲
与我们的焓的量纲
是完全一致的
也是kJ
而在等温等压
封闭系统的
可逆过程当中
当过程为自发过程时
那么由于U,p,V,T,S
它们都是状态函数
所以它们共同构建的
这样的吉布斯函数
或吉布斯自由能
也一定
是一个状态函数
由于状态函数本身的特征
当系统的状态一定时
我们的状态函数的值呢
也就随之确定了
当状态改变的时候
状态函数的变化
也就只与终态
和始态之间的差值
唯一相关
对于我们刚才讨论的
在等温等压
封闭系统当中
所发生的自发过程
这时候
由我们构建的
孤立体系当中的
△S大于0的
这样一个熵判据
可以推导出
在我们当中
所包含的封闭系统当中
这时候自发过程
所发生的条件呢
是终态与始态之间的
自由能之差
也就是我们的△G
它是小于0的
虽然在这里
我们还没有跟大家
一起去分享
吉布斯自由能的判据
但是从刚才
我们构建的
孤立体系当中的
熵判据的推演过程
我们就可以
轻松地得到
在构建的孤立体系当中的
封闭系统
当它发生等温、等压
可逆的自发过程的时候
这时候
对于封闭系统而言
系统的
吉布斯自由能的变化
是小于0的
理解了这个过程
对于我们构建后续的标准
吉布斯自由能判据
会有很好的帮助
有关的内容呢
我们在后边一节当中
将和大家具体的分享
这节内容
我们就介绍到这
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
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-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
--Video
-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
--Video
-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
