1.5　自由能

用熵增加原理来判别化学反应自发变化的方向及平衡条件时，系统必须是隔离的，但通常反应总是在等温、等压或等温、等容条件下进行，而且对非隔离系统必须同时考虑环境的熵变，这很不方便。为此，吉布斯定义了一个状态函数G：

G=H-TS　　（1-8）

G称为吉布斯自由能，即为我们通常所称的自由能。吉布斯自由能G是化学势的一种，是化学势的四种表达式之一，由于实际过程中反应多数在等温等压下进行，所以，如不特别指明，一般所说的化学势均指吉布斯自由能函数。

对于一个化学反应：

aA+bB→cC+dD

当反应在某个状态时，自由能变化值ΔG的计算公式为：

　　 （1-9） 　　

其中，是指标准状态下反应的自由能变化值，k是平衡常数。

理想气体化学反应：，其中p表示分压。

理想液体化学反应：，其中x表示摩尔分数。

对于常温下的一般化学反应，当时，反应通常都能自发地向正方向进行，但对于高温化学反应，只有当ΔG<0时，反应才能自发向正方向进行。

对于一些常见的化学反应，人们已经通过实验和计算求出了某温度范围内其自由能变化值ΔG，常用表达式描述为：

ΔG=A+BT　　（1-10）

如固态的钛在氧化下生成固态的二氧化钛：

当温度区间在298～1940K时，ΔG=-943490+179.08T。