# 標準自由エネルギの変化の計算

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Calculating Standard Free Energy Changes

### Next Video17.9: Free Energy Changes for Nonstandard States

The standard free energy change for a chemical reaction occurring under the standard condition can be calculated in one of three ways. The first method uses the equation for the standard ΔG of the reaction. Consider the formation of calcium carbonate from calcium oxide and carbon dioxide. The standard enthalpy change of the reaction can be calculated from the heats of formation of the compounds in the reaction, and the standard entropy change can be calculated from their standard molar entropies. Using the values from the reference tables, the standard enthalpy change and the standard entropy change for the reaction can be determined. Substituting these values into the equation for the change in standard free energy, the standard ΔG of the reaction at 298 K equals −130.7 × 103 J. In the second method, the change in standard free energy of a reaction is calculated from the difference between the sum of the free energies of formation of the products multiplied by their stoichiometric coefficients and the sum of the free energies of formation of the reactants multiplied by their stoichiometric coefficients. Take, for example, the reaction between hydrogen and chlorine gases to form two moles of hydrogen chloride gas. Like the enthalpy of formation, the standard free energy of formation of a pure element is zero. Thus, the free energies of formation of hydrogen and chlorine gases are zero, while that of hydrogen chloride gas is −95.3 kilojoules. So, the free energy of this reaction equals 2 times the free energy of formation of hydrogen chloride gas, or −190.6 kilojoules. Recall from Hess’s law that for a stepwise reaction, the net enthalpy change can be calculated from the sum of the enthalpies of each step. The third method calculates the net free energy change for a reaction in a similar manner. Consider the combustion of zinc sulfide to produce metallic zinc and sulfur dioxide gas, which can be carried out in two steps with known standard free energies. Adding the free energy changes of the reactions gives an overall ΔG of −98.8 kilojoules. Note that step 1 is nonspontaneous. By coupling it with the spontaneous reaction in step 2, the net reaction has a negative ΔG and is therefore spontaneous.

## 標準自由エネルギの変化の計算

1気圧、298 Kという標準的な条件で起こる反応の自由エネルギー変化を、標準自由エネルギー変化といいます。自由エネルギーは状態関数であるため、その値は系の初期状態と終状態の条件にのみ依存します。物理・化学反応の自由エネルギー変化を計算するための便利で一般的な方法は、広く利用されている標準状態の熱力学データを利用することです。一つの方法は、標準的なエンタルピーとエントロピーを用いて、次の関係式に従って標準的な自由エネルギー変化 ΔG°を計算することです。

は、室温での標準的な自由エネルギー変化として計算することができます。

この過程を表す式は、水の2つの相の生成反応を加えることで導き出すことができる（液相の反応は逆にする）。反応の自由エネルギー変化は、加えられた2つの反応の自由エネルギー変化の合計です。

この方法は、非自発的な反応を自発的な反応と組み合わせることで強制的に進行させる場合にも用いることができます。例えば、硫化亜鉛から亜鉛の単体を生成させることは、 ΔG°1の正の値で示されるように、熱力学的に自発的ではありません。

この製造プロセスは一般的に高温で行われるため、標準的な自由エネルギー値を用いて得られたこの結果はあくまで推定にしか用いることが出来ません。しかし、計算の要点は同様です。