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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 无机/物化 » 物理化学 » 如何理解自由能的定义
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ty9023

铁虫 (小有名气)

[求助] 如何理解自由能的定义已有1人参与

自由能的定义是在一个热力学过程中，系统减少的内能中可以转化为对外做功的部分，一般做有机合成实验时很少有气体生成，所以我很费解这个个概念到底该怎么理解，求猛人指导，不甚感激。
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即念即觉一生一重
1楼2015-06-22 18:47:23
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谷中明

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
ty9023: 金币+4, ★★★很有帮助 2015-06-23 10:16:25
青若: 金币+2, 谢谢回帖，欢迎常来无机物化版交流 2015-06-24 09:11:55
ty9023: 金币+6, ★★★很有帮助 2015-07-17 10:58:32
在热力学当中，自由能指的是在某一个热力学过程中，系统减少的内能中可以转化为对外作功的部分，它衡量的是：在一个特定的热力学过程中，系统可对外输出的“有用能量”。注意：这里的功是指非体积功，也是我们常说的有效功，你说的是体积功。
    例如原电池在等温等压的可逆条件下放电，吉布斯自由能的减少量等于它对外所做的最大电功。
    在等温等容下，是亥姆霍兹自由能的减少量 ； 在等熵等容下为是热力学能的减少量；在等熵等压条件下为焓的减少量。
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2楼2015-06-23 09:30:21
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ty9023

铁虫 (小有名气)
引用回帖:
2楼: Originally posted by 谷中明 at 2015-06-23 09:30:21
在热力学当中，自由能指的是在某一个热力学过程中，系统减少的内能中可以转化为对外作功的部分，它衡量的是：在一个特定的热力学过程中，系统可对外输出的“有用能量”。注意：这里的功是指非体积功，也是我们常说的 ...

谢谢指教，我还有一问题i，在不可逆过程中有效功损耗的一部分增加系统的熵，另一部分向环境放热，对于放热反应降低环境温度使不可逆过程进行程度增大，也就是使系统熵增大，，我的问题是降低环境温度时系统与环境之间进行热传导，系统的温度降低，而温度是系统内分子热运动强度的度量，那么系统熵是如何增大啊，这不是减小嘛
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即念即觉一生一重
3楼2015-06-23 15:49:52
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谷中明

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★
青若: 金币+1, 谢谢回帖，欢迎常来无机物化版交流 2015-06-24 09:12:05
引用回帖:
3楼: Originally posted by ty9023 at 2015-06-23 15:49:52
谢谢指教，我还有一问题i，在不可逆过程中有效功损耗的一部分增加系统的熵，另一部分向环境放热，对于放热反应降低环境温度使不可逆过程进行程度增大，也就是使系统熵增大，，我的问题是降低环境温度时系统与环境之 ...

任何判据的使用都是有条件的。在孤立体系中使用熵判据，在等温等压条件下使用吉布斯自由能判据，在等温等容条件下使用亥姆霍兹自由能，不同条件使用不同判据，但本质是在不可逆过程中，输出能量的一方总是要付出代价的，即把一部分本应做功的能量，转化为热或通过熵的增大转化掉。你所说的降低环境温度的说法是不对的。我们降低的系统的温度，且不一定比环境温度低。
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4楼2015-06-23 16:04:28
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ty9023

铁虫 (小有名气)
引用回帖:
4楼: Originally posted by 谷中明 at 2015-06-23 16:04:28
任何判据的使用都是有条件的。在孤立体系中使用熵判据，在等温等压条件下使用吉布斯自由能判据，在等温等容条件下使用亥姆霍兹自由能，不同条件使用不同判据，但本质是在不可逆过程中，输出能量的一方总是要付出代 ...

我们做有机实验，一般都是等温等压情况下反应。假设ΔH小于零，ΔS大于零，吉布斯自由能变小于零的反应，一般是通过冰浴提高转化率，按照你的说法我可以理解成降温增大ΔG，即增大有效功，从而增大耗散为熵的那部分能，降低环境温度，热传导，而且热传导也是自发过程能增大系统的熵，但系统温度降低，虽然可能仍比环境温度高，但相较于之前肯定还是降低了，那与温度是体系内分子热运动强度的度量不是有矛盾吗，
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即念即觉一生一重
5楼2015-06-23 20:15:58
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谷中明

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
青若: 金币+3, 谢谢回帖，欢迎常来无机物化版交流 2015-06-24 09:12:16
引用回帖:
5楼: Originally posted by ty9023 at 2015-06-23 20:15:58
我们做有机实验，一般都是等温等压情况下反应。假设ΔH小于零，ΔS大于零，吉布斯自由能变小于零的反应，一般是通过冰浴提高转化率，按照你的说法我可以理解成降温增大ΔG，即增大有效功，从而增大耗散为熵的那部分 ...

对于发生的变化过程，总是朝着能量降低的方向进行，降低的途径有两种，一种是通过系统对外输出能量即输出有效功或放热，另一种可理解为潜在的能量退降即熵值的增大（潜在对外做功能力下降）。在等温等压条件下，体现为ΔG减少的化学反应可以自发进行。因为该变化有新物质生成，能量高低不同，有时体现为吸热反应，有时又为放热反应，只要ΔG是减少的，反应就能进行。
     对于ΔH小于零，ΔS大于零的反应，降低反应温度可使ΔG变得更负，使反应向右进行的程度增大，但系统温度降低，虽然可能仍比环境温度高，但相较于之前肯定还是降低了，与温度是体系内分子热运动强度的度量并不矛盾，体系内分子的运动强度降低了，反应速率降低了。所以尽管降温是有利的，但为了保障有一定的化学反应速率，我们并不会把温度降到很低
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6楼2015-06-23 22:58:01
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ty9023

铁虫 (小有名气)
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6楼: Originally posted by 谷中明 at 2015-06-23 22:58:01
对于发生的变化过程，总是朝着能量降低的方向进行，降低的途径有两种，一种是通过系统对外输出能量即输出有效功或放热，另一种可理解为潜在的能量退降即熵值的增大（潜在对外做功能力下降）。在等温等压条件下，体 ...

我的意思是熵的统计意义不就是体系的混乱度吗，温度降低，体系的运动强度下降，而降温对我上面假设的反应转化率提高，也就是熵增大，这两点我觉得矛盾
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即念即觉一生一重
7楼2015-06-24 11:46:10
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谷中明

至尊木虫 (著名写手)
引用回帖:
7楼: Originally posted by ty9023 at 2015-06-24 11:46:10
我的意思是熵的统计意义不就是体系的混乱度吗，温度降低，体系的运动强度下降，而降温对我上面假设的反应转化率提高，也就是熵增大，这两点我觉得矛盾...

对于ΔH小于零，ΔS大于零的反应，在任何温度下反应均能自发进行。对于你所说的通过冰浴提高转化率，我认为主要是在低温时减少反应物的挥发，以提高原料转化率。这里不是从平衡移动的角度考虑的。我前面说的对象是ΔH小于零，ΔS小于零的反应。（看错了）
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8楼2015-06-24 15:19:59
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ty9023

铁虫 (小有名气)
引用回帖:
8楼: Originally posted by 谷中明 at 2015-06-24 15:19:59
对于ΔH小于零，ΔS大于零的反应，在任何温度下反应均能自发进行。对于你所说的通过冰浴提高转化率，我认为主要是在低温时减少反应物的挥发，以提高原料转化率。这里不是从平衡移动的角度考虑的。我前面说的对象是 ...

三克油，以后有问题再向你请教
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即念即觉一生一重
9楼2015-06-24 19:05:38
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