前面的文中提到,化學反應的自發(fā)性不僅與反應的焓變△H有關,還與反應的熵變△S有關。判斷化學反應的自發(fā)性必須將這兩點結合起來。1876年,美國科學家吉布斯提出一個把焓變和熵變統(tǒng)一在一起的吉布斯函數(shù),并且用吉布斯函數(shù)作為恒溫恒壓下判斷化學反應方向的標準。吉布斯函數(shù)用符號G表示。
吉布斯函數(shù)的定義式為
G=H-TS (1-17)
式中,吉布斯函數(shù)G是狀態(tài)函數(shù)H、T和S的組合,所以吉布斯函數(shù)G也是狀態(tài)函數(shù)。
吉布斯函數(shù)的變化即吉布斯函數(shù)變,用△G表示。對于恒溫過程
△G=△H-T△S
或寫成 △GT=△HT-T△ST (1-18)
該公式表明,恒溫恒壓下進行的化學反應,其吉布斯函數(shù)變由化學反應的焓變和熵變以及溫度所決定。
吉布斯函數(shù)變△G可以作為在恒溫恒壓條件下,任意過程或反應自發(fā)性的判據(jù)。即:
△G<0,反應自發(fā)進行。
△G>0,反應非自發(fā)進行,逆向自發(fā)進行。
△G=0,系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。
△G的符號與△H、△S符號的關系見表1-1。
表1-1 △G的符號與△H、△S符號的關系
△H | △S | △G | △H | △S | △G |
- | + | (-)任何溫度下為自發(fā)反應 | + | + | 高溫時為自發(fā)反應 |
+ | - | (+)任何溫度下為非自發(fā)反應 | - | - | 低溫時為自發(fā)反應 |