自由焓是什麼意思

自由焓(Gibbs free energy)是熱力學中的一個概念,用來描述一個化學系統的能量狀態,以及該系統在特定條件下進行化學反應的趨勢。自由焓是以約西亞·威拉德·吉布斯(Josiah Willard Gibbs)的名字命名的,他是19世紀末20世紀初美國的一位物理化學家,對熱力學做出了重要貢獻。

自由焓的數學表達式為:

G = H - TS

其中,G是自由焓,H是焓,T是絕對溫度,S是熵。焓是系統的能量,熵是系統的混亂度,而自由焓則是這兩個參數的綜合結果。

自由焓有幾個重要的特性:

  1. 自由焓的變化的絕對值(ΔG)可以預測化學反應的方向。如果ΔG < 0,反應向正向進行;如果ΔG > 0,反應向逆向進行;如果ΔG = 0,反應達到平衡。

  2. 自由焓的變化與絕對溫度成正比,即ΔG與T成正比。

  3. 自由焓是狀態函數,即它取決於系統的狀態,而不是達到該狀態的過程。

自由焓在化學、生物學和工程學中都有廣泛應用,用於預測反應的可行性、設計化學反應途徑、評估能源轉換效率等。在生物學中,自由焓的變化(ΔG)也被用來描述分子間互作的能量變化,例如在DNA雙螺旋結構的形成過程中。