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自由能

1 拼音

zì yóu néng

2 英文参考

free energy

3 注解

自由能(free energy)是热力学上的一个重要状态函数,是表征物质系统在等温过程中最多可能做若干功的物理量。

自由能分为两种:

(1)亥姆霍兹自由能,在物理学中称为自由能,而在化学中常称为“功函”。

(2)吉布斯自由能,在物理学中常称为“热力势”,而在化学中称为自由能。凡物质系统的状态实际发生的变化,其自由能必减少,在其自由能达到最小值时,即趋于热平衡。一个物质系统在等温过程中,所含自由能越多,可做的功越多;所含的自由能越少,可做的功越少。人体是一个物质系统,其能量代谢与转化遵循热力学定律,在人体的能量代谢过程中,要不断地合成、储存和释放自由能。人体自由能含量的多少,是人的生命活力强弱的能量基础。中医学气化学说和阴藏精、阳化气的理论,在一定程度上反映了人体合成和释放自由能的生命过程。

自由能在物理化学中,按照亥姆霍兹的定容自由能F与吉布斯的定压自由能G的定义,G=F PV (p为压力,V为体积)。在生物的反应中,因为△(PV)可以忽略不计,所以两者是相同的。只有这样,F的变化△F=△U-T△S才成为主要讨论的问题(U、T、S分别是该系统的内能、绝对温度、熵)。△F给出了生物反应中释放出来可用于做功的能量上限。其变化量(一般用△G*表示)在生物学上使用时必须注意下列事项:

(1)水的活度,可随意设为1.0进行计算:

(2)因[H ]=1M并不符合实际情况,一般认为[H ]=10-7M(pH7),为了区别其符号写成△G0′;

(3)例如反应,因各种成分并非标准浓度(1M),把实际浓度代入下式后其值△G′就有问题了;

(4)在共轭反应中,要注意各种成分反应的变化量之和;

(5)把△G0改为用平衡常数(Keq)表示,往往是很有用的。例如在25℃下

△G0=-RT1nKeq=-1363log10Keq

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