3.5: 自由能源简介

我们如何比较一个反应和另一个反应释放的能量？我们使用自由能的测量来量化这些能量转移。科学家们以开发测量方法的科学家乔赛亚·威拉德·吉布斯 （Josiah Willard Gibbs） 的名字称这种自由能吉布斯为自由能（缩写为字母 G）。根据热力学第二定律，所有能量转移都涉及以不可用的形式损失一些能量，例如热量，从而导致熵。吉布斯自由能特指在我们考虑熵后可用的化学反应能量。换句话说，吉布斯自由能是可用能，或可用于做功的能量。

每个化学反应都涉及自由能的变化，称为 delta G （∆G）。我们可以计算任何经历这种变化的系统（例如化学反应）的自由能变化。要计算 ∆G，请从系统的总能量变化中减去熵损失的能量（表示为 ∆S）。系统中的总能量是焓，我们将其表示为 ∆H。∆G 的计算公式如下，其中符号 T 是指以开尔文为单位的绝对温度（摄氏度 + 273）:

ΔG = ΔH − TΔS

在标准 pH 值、温度和压力条件下，我们将化学反应的标准自由能变化表示为每摩尔反应产物的能量（以千焦耳或千卡、kJ/mol 或 kcal/mol;1 kJ = 0.239 kcal）为单位。我们通常计算生物系统中 pH 值为 7.0、25 摄氏度和 100 千帕（1 个大气压）的标准 pH 值、温度和压力条件。请注意，细胞条件与这些标准条件差异很大，因此生物反应的标准计算 ∆G 值在细胞内会有所不同。

本文改编自 Openstax，生物学 2e，第 6.2 节:势能、动能、自由能和活化能以及 Openstax，化学 2e，第 16.4 节: 自由能.