前面的文中提到,化学反应的自发性不仅与反应的焓变△H有关,还与反应的熵变△S有关。判断化学反应的自发性必须将这两点结合起来。1876年,美国科学家吉布斯提出一个把焓变和熵变统一在一起的吉布斯函数,并且用吉布斯函数作为恒温恒压下判断化学反应方向的标准。吉布斯函数用符号G表示。
吉布斯函数的定义式为
G=H-TS (1-17)
式中,吉布斯函数G是状态函数H、T和S的组合,所以吉布斯函数G也是状态函数。
吉布斯函数的变化即吉布斯函数变,用△G表示。对于恒温过程
△G=△H-T△S
或写成 △GT=△HT-T△ST (1-18)
该公式表明,恒温恒压下进行的化学反应,其吉布斯函数变由化学反应的焓变和熵变以及温度所决定。
吉布斯函数变△G可以作为在恒温恒压条件下,任意过程或反应自发性的判据。即:
△G<0,反应自发进行。
△G>0,反应非自发进行,逆向自发进行。
△G=0,系统处于平衡状态。
△G的符号与△H、△S符号的关系见表1-1。
表1-1 △G的符号与△H、△S符号的关系
△H | △S | △G | △H | △S | △G |
- | + | (-)任何温度下为自发反应 | + | + | 高温时为自发反应 |
+ | - | (+)任何温度下为非自发反应 | - | - | 低温时为自发反应 |