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化学反应的吉布斯自由能变化量为何包含反应商Q的对数项?

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Moonshot回答

吉布斯自由能变化量(ΔG)是判断化学反应在恒温恒压条件下能否自发进行的重要物理量。它由以下公式给出:

[ \Delta G = \Delta G^\circ + RT \ln Q ]

其中:

  • ΔG是吉布斯自由能变化量。
  • ΔG°是标准吉布斯自由能变化量,表示在标准状态下的反应自由能变化。
  • R是气体常数。
  • T是绝对温度。
  • Q是反应商,表示反应物和生成物的活度(或浓度)之比。

反应商Q的对数项(ln Q)被包含在吉布斯自由能变化量的计算中,是因为吉布斯自由能变化量不仅取决于反应的标准状态,还取决于反应物和生成物的实际浓度。对数项允许我们考虑非标准条件下的反应自由能变化。

当Q=1时,即反应物和生成物的浓度处于标准状态,ΔG就等于ΔG°。如果Q<1,表示反应物的浓度高于生成物,反应倾向于正向进行,ΔG将小于ΔG°。相反,如果Q>1,表示生成物的浓度高于反应物,反应倾向于逆向进行,ΔG将大于ΔG°。

因此,ln Q项反映了反应物和生成物的实际浓度与标准浓度之间的差异,从而允许我们预测在不同浓度下反应的自发性。

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