3.8: 自由能和平衡

过程的自由能变化可以被视为其驱动力的量度。ΔG 的负值表示过程向前的驱动力，而正值表示过程在相反方向的驱动力。当 ΔG 为零时，正向和反向驱动力相等，并且该过程以相同的速率在两个方向上发生（系统处于平衡状态）。

反应商 Q 是衡量平衡系统状态的便捷指标。Q 是系统的质量作用表达式的数值，可用于确定反应的进行方向以达到平衡。当 Q 小于平衡常数 K 时，反应将向前进行，直到达到平衡并且 Q = K。相反，如果 Q > K，则该过程将沿相反方向进行，直到达到平衡。

非标准条件（压力不是 1 bar;浓度不是 1 M）下存在反应物和产物时发生的过程的自由能变化与标准自由能变化有关，公式如下:

ΔG = ΔG° + RT lnQ

R 是气体常数 （8.314 J/K mol），T 是开尔文或绝对温度，Q 是反应商。对于气相平衡，使用基于压力的反应商 QP。基于浓度的反应商 QC 用于凝聚相平衡。

对于处于平衡状态的系统，Q = K 且 ΔG = 0，前面的方程可以写成

0 = ΔG° + RT lnK（平衡时）

ΔG° = −RT lnK

这种形式的方程在这两个基本的热力学特性之间提供了有用的联系，它可用于从标准自由能变化中推导出平衡常数，反之亦然。

本文改编自 Openstax，化学 2e，第 16.4 节:自由能。