🔥 吉布斯自由能计算器
ΔG = ΣG(生成物) − ΣG(反应物) | ΔG < 0 反应自发
吉布斯自由能计算器——判断一个化学反应能不能自发发生
化学反应能不能自己"走"下去？吉布斯自由能告诉你答案：ΔG < 0 就是自发，ΔG > 0 就推不动。这个计算器内置了 60+ 种常见气态物种的标准生成自由能数据，选好反应物和生成物，一键出结果。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
什么是吉布斯自由能？
吉布斯自由能（Gibbs free energy），又称自由焓、吉布斯函数，是化学热力学中用于判断过程方向的核心函数，常用 G 表示。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
它的定义是：文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
G = U − TS + pV = H − TS文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
| 符号 | 含义 |
|---|---|
| U | 系统的内能 |
| T | 热力学温度（K） |
| S | 熵 |
| p | 压强 |
| V | 体积 |
| H | 焓（H = U + pV） |
直观理解：系统拥有的总能量（H）中，减去因熵必须"浪费"掉的部分（TS），剩下的才是可以用来做有用功的自由能。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
吉布斯自由能的微分形式：文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
dG = −S·dT + V·dp + μ·dN文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
其中 μ 是化学势。这一项的意义是：在温度、压强不变的情况下，每增加一个粒子对自由能的贡献——换句话说，每个粒子的平均吉布斯自由能等于化学势。文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
怎么用自由能判断反应方向？
对于一个化学反应，我们不需要算绝对的自由能（G 的绝对值是不可知的），只需要算出反应前后的变化量 ΔG：文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
ΔG = ΣGf°(生成物) − ΣGf°(反应物)文章源自公式库网-https://www.gongshiku.com/html/201910/jibusiziyounengrelixuehanshushuzhiyijianshengchengjisuanqi.html
其中 Gf° 是每种物质在标准状态下的标准生成吉布斯自由能（查表可得）。
| ΔG 的值 | 结论 |
|---|---|
| ΔG < 0 | ✅ 反应在热力学上自发进行，可以正向发生 |
| ΔG > 0 | ❌ 反应非自发，需要外加能量才能推动 |
| ΔG = 0 | ⚖️ 反应达到平衡，正向和逆向速率相等 |
🔥 举个例子：氢气和氧气生成水的反应
2H₂ + O₂ → 2H₂O
Gf°(H₂O) = −54.634 kcal/mol，Gf°(H₂) = 0，Gf°(O₂) = 0
ΔG = 2 × (−54.634) − (0 + 0) = −109.27 kcal/mol
ΔG 远小于 0，这就是为什么氢气遇到氧气"一点就着"——热力学上强烈自发！
ΔG 和温度的关系
吉布斯自由能并不是一个固定的数，它随温度变化。近似公式（吉布斯-亥姆霍兹方程）：
ΔG(T) ≈ ΔH° − T·ΔS°
- 焓变 ΔH° 决定反应是吸热还是放热
- 熵变 ΔS° 乘以温度 T，在高温下权重变大
- 有些低温不自发的反应（ΔH > 0, ΔS > 0），升高温度后 TΔS 超过 ΔH，ΔG 转负，反应就自发了一一这就是为什么有些反应要"加热"才能进行
计算器中包含的物种
本计算器内置了 60+ 种常见气态物种的标准生成吉布斯自由能数据（kcal/mol，298K），涵盖：
| 类别 | 包含物种 |
|---|---|
| 氧系 | O(³P)、O₂、O₃、OH、HO₂、H₂O、H₂O₂ |
| 氢系 | H、H₂ |
| 氮系 | N、N₂、NO、NO₂、NO₃、N₂O₄、N₂O₅、NH₃、HNO₃ |
| 硫系 | S、SO、SO₂、SO₃、H₂S |
| 碳系 | CO、CO₂、CH₄、H₂CO、CH₃OH 等有机物 |
| 氯系 | Cl、ClO、ClO₂、HOCl、CCl₄、CFCs（氟利昂类） |
使用提示
- 反应物和生成物的区分要正确——把原料选在"反应物"栏，产物选在"生成物"栏
- 相同的物质不要两边都选——比如不要把 H₂O 既当反应物又当生成物
- 遗漏会导致结果偏差——确保化学方程式配平后所有物质都纳入计算（对于有系数的反应，可以手动计算或多次累加）
- ΔG < 0 只说明热力学可行——实际反应能否发生还要看动力学（反应速率、活化能等）
