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（二） > Video
同学们好
这一节我们继续学习
关于吉布斯自由能
判据的相关内容
在上一节当中
我们通过
孤立体系当中的熵判据
为大家讨论了
从构建的孤立体系当中
推导出关于封闭体系的
吉布斯自由能的
数学表达式
在这个过程当中
我们还一起分享了
对于在构建的孤立体系当中
它的封闭体系的自发过程的
吉布斯自由能的变化规律
这一节啊
我们将从另一个角度
帮大家探讨
直接从封闭体系当中
我们来构建吉布斯函数的
新的数学的推导方法
吉布斯函数
也是我们俗称的
吉布斯自由能
对于封闭体系而言
在等温、等压的可逆条件下
这时候根据
热力学的第一定律
我们就可以把
封闭体系当中的
内能的变化
描述成热量与功之和
只是不同的是
细心的同学已经发现了
在这样的封闭系统的
等温、等压可逆过程当中
我们的热量
似乎没有变化
而功呢 分为了体积功和W′
体积功
就是我们在前面介绍
可逆过程
能做最大的膨胀功
这样一个过程当中
已经和大家分享过的
体系的膨胀做功的过程
而W′呢
这里是与体积功相对的
是除了体积功以外的
其它形式的功的总和
这里我们用W′来表示
W′通常也包括
电功和表面功
还有其它不同的
做功的方式
为了更加形象地区分
体积功和非体积功
所以在很多情况下
W′呢也被称为
有用功
有关有用功的细节
随着我们对于这样的
内能变化式的
认识的不断深入
同学们会一步一步了解
有用功和我们的内能
以及吉布斯函数之间的
数学关系
首先 对于封闭体系来讲
如果系统对外
做体积功的时候
这时候
我们已经非常熟悉了
做功是需要膨胀
而且
是对外有能量的释放
所以我们这时候
要取一个负的p外
与我们的体积变化
之间的乘积
有关这一点
在前述我们介绍
可逆过程可以带来
最大膨胀功的过程当中
已经帮大家
详细地阐述过
这里呢
由于是等压和等温的环境
所以外界环境的压力
和我们体系内部的压力
是完全相等的
所以
我们可以用这样一个
简洁的式子来代表
封闭系统的
对外做功的状态
这也就是体积功的部分
而由熵的定义
我们知道
在这样一个可逆过程当中
如果体系与环境之间
有热量的交换
那么热量交换的热温商
也就是
可逆过程当中的
热量的变化
与环境温度的比值
根据克劳修斯不等式
这个时候恰恰就等于
我们体系的状态函数
熵的变化
而把这样的式子
经过移项以后
我们可以得到
在可逆过程当中的
热量的变化
就与在这个温度下
熵的变化的乘积直接相关
我们把这两个
已经变换了形式的
能量和热量的部分
带入到内能的关系式当中
我们就发现了
这里有内能与熵变
与对外所做的体积功
还有非体积功之间的
数学关系
移项以后呢
我们就会发现
它的左侧
变成了这样一个式子
而右侧呢
我们唯独留下了
非体积功这一项
由于我们开始讨论
自发过程的前提
是在恒温
和恒压的条件下的
那么这时候
温度和压力都是恒定的
因此 我们可以把
关于状态函数的变量的
△
与我们恒定的数值呢
来共享我们的变量
这时候我们的左侧
就变化成了
这样一个式子
右侧呢
还是我们的非体积功
更进一步的变化
同学们需要关注的是
能不能把
这个△之后的
所有的状态函数
变成一个新的状态函数呢
有了上一节的经验
同学们就很容易找到
其中的规律
这个规律就是
我们对于封闭系统
在等温等压和可逆条件下
我们可以把
这5个状态函数的
加和直接定义为
一个新的状态函数
这个状态函数
我们给它命名为
吉布斯函数
或吉布斯自由能
讲到这里
同学们已经发现
吉布斯自由能的
它的数学表达式
和我们前边
在构建的孤立体系当中
所推导出来的
封闭系统的
吉布斯自由能的式子
是完全一样的
只是不同的
是这个△的
左和右之间的关系
还有些不太明了
首先
要了解它们两者之间的
等号左右的物理意义
我们还是要先弄清楚
吉布斯自由能
它的状态函数的属性
我们从前面的讨论知道
这5个参量
都是典型的状态函数
因此
它们通过代数加和
所获得的状态函数
吉布斯自由能
也就是我们英文的符号G
同样也是一个
毫无疑问的状态函数
既然
吉布斯自由能是状态函数
那么系统的状态一定时呢
我们的状态函数的值呢
也就随之唯一地确定了
当状态改变的时候
吉布斯自由能呢
也会随之相应地改变
而改变量呢
只与终态和始态相关
这就是状态函数的
最本质的特征
那么接下来
由于是在等温、等压
和可逆条件下的
所以关于刚才
我们△括号内的
所有的状态函数
可以用这样简单的
一个符号来表示
这里的下标T和p呢
表示是等温和等压的
这样一种状态
讲到这里
同学们更加关注的就是
等号的右侧的这个W′
它是一个什么样的物理意义呢
前边我们讲了
非体积功
是除了体系
膨胀做功以外的
其它形式的做功方式的总和
这当中就包括了
电功和表面功等等
那么针对封闭系统当中的
这样一个
吉布斯自由能
与非体积功之间的关系
我们来看
在这样一个式子当中
它表达的物理意义
是指在等温、等压的条件下
封闭系统的
吉布斯自由能的变化
也就是我们的△G的部分
是等于可逆过程当中
系统能够做的
最大的非体积功
这个非体积功啊
就包括了
除膨胀功以外的
所有的功的类型
包括我们前面已经介绍过的
比如说
电功输出电能
还有我们的表面功
等等
有关表面功的
相关的问题呢
同学们在后续
冯琳老师介绍的
纳米化学当中
可能会关注更多
有关表面
相关作用的特性
而电功呢
又是我们在
讨论氧化还原反应
与电化学的时候
所要关注的非体积功
有了这样的概念
同学们就不难理解
对于一个封闭体系来讲
在等温、等压条件下
如果某一个过程
或者是化学反应
无论是在理论上
或是在实际上
都有可以用来
做有用功
这个有用功就是指刚才
我们所考虑的
非体积功W′
那么这个过程或者反应
就是我们在寻找的
自发反应或自发过程
与此相对的
如果对于封闭系统而言
在等温、等压
这样的条件下
必须得要从
环境当中吸收功
才能够使
某一过程或者反应
如期的进行
那么显然
与上述的条件相对呢
在这种环境下
这样的一个过程或者反应
就是需要外力推动的
当然也就是非自发的过程
或者是反应
有了从孤立体系
和封闭体系
推导吉布斯自由能的
这样的经验
同学们
就可以初步地建立起来
在封闭体系当中
自发过程
或自发反应发生时
系统的新的状态函数
吉布斯函数的变化规律
这样为我们后续建立
体系自发过程的
吉布斯自由能判据
奠定了良好的基础
有关判据的细节
和标准的
摩尔吉布斯自由能的内容呢
我们在下节
将和大家一 一地讨论
这一节呢我们就介绍到这
-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
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-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
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-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
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-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
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-4.2 共价键理论—现代价键理论
--Video
-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)
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-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)
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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(二)
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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(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)
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-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
