3.8: 自由エネルギーと均衡

プロセスの自由エネルギー変化は、その駆動力の尺度と見なすことができます。ΔG の負の値は、順方向のプロセスの駆動力を表し、正の値は逆方向のプロセスの駆動力を表します。ΔGがゼロの場合、順方向と逆方向の駆動力は等しく、プロセスは同じ速度で両方向に発生します(システムは平衡状態にあります)。

反応商Qは、平衡系の状態の便利な尺度です。Qは、システムの質量作用表現の数値であり、平衡を達成するために反応が進行する方向を特定するために使用できます。Qが平衡定数Kより小さい場合、反応は平衡に達してQ = Kになるまで順方向に進行します。逆に、QがK>の場合、平衡に達するまでプロセスは逆方向に進行します。

非標準条件(1 bar以外の圧力、1 M以外の濃度)下に存在する反応物および生成物を使用して発生するプロセスの自由エネルギー変化は、次の式による標準自由エネルギー変化に関連しています。

ΔG = ΔG° + RT lnQ

Rは気体定数(8.314 J/K mol)、Tはケルビンまたは絶対温度、Qは反応商です。気相平衡には、圧力ベースの反応商QPが使用されます。濃度ベースの反応商QCは、凝縮相平衡に使用されます。

平衡状態のシステムの場合、Q = K および ΔG = 0 であり、前の方程式は次のように記述できます。

0 = ΔG° + RT lnK (平衡時)

ΔG° = −RT lnK

この形式の方程式は、これら2つの重要な熱力学的特性間の有用なリンクを提供し、標準的な自由エネルギーの変化から平衡定数を導出するために使用でき、その逆も可能です。

このテキストは、Openstax, Chemistry 2e, Section 16.4: Free Energyからの抜粋です。