Question

如何理解化学反应的自发性原理？

Answer 1

在化学反应中，反应的自发进行与自由能变化（Gibbs free energy change）有关。自由能变化用符号 ΔG 表示，其计算公式为：

ΔG = ΔH - TΔS

其中，

• ΔG 是反应的自由能变化，用于衡量反应的驱动力。

• ΔH 是反应的焓变，表示反应的热效应。

• T 是温度，以开尔文（Kelvin，K）为单位。

• ΔS 是反应的熵变，表示反应中体系的无序程度的变化。

在反应自发进行的情况下，ΔG 必须小于零，即 ΔG < 0。这意味着反应是可逆的，并且有趋向产物的趋势。当 ΔG = 0 时，反应处于平衡状态；而当 ΔG > 0 时，反应是不可逆的，需要外界提供能量才能进行。

自由能变化ΔG 还可以用反应的平衡常数 K 表示：

ΔG = -RT ln(K)

其中，

• R 是理想气体常数（约为8.314 J/(mol·K)），

• T 是温度（开尔文），

• ln 表示自然对数。

在化学反应中，当 ΔG < 0 时，反应会朝着产物的方向进行；当 ΔG > 0 时，反应会朝着反应物的方向进行。当 ΔG = 0 时，反应处于平衡状态。这些公式是描述化学反应自发性的重要工具。