17.10: 自由能与平衡
一个过程的自由能变化可以看作是其驱动力的量度。 ΔG 的负值表示正向过程的驱动力，反向过程的正值表示反向驱动力的。 当 ΔGrxn 为零时，正向和反向驱动力相等，过程在同一率值 (系统处于平衡状态) 的两个方向发生。
请注意， Q 是系统的质量作用表达式的数值，其值可用于标识反应的进行方向，以实现平衡。 当 Q 小于平衡常数 K 时，反应将沿正向方向进行，直到达到平衡， Q = K。 相反，如果 Q > K ，过程将沿反向进行，直到达到平衡。
在非标准条件下 (压力不超过 1 巴；浓度不超过 1 M) ，反应物和生成物的过程的自由能变化与标准自由能变化有关，根据以下方程：
R 是气体常数 (8.314 J/K mol) ， T 是开氏或绝对温度， 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) 用于凝相平衡。 此方程可用于预测过程在任何给定条件集下的自发性
对于平衡系统， Q = K 和 ΔGrxn = 0 ，之前的方程可能被写入为
这种形式的方程提供了这两种基本热动力学性质之间的有用链接，它可用于从标准自由能变化导出平衡常数，反之亦然。 标准自由能变化和平衡常量之间的关系总结如下。
如果 K > 1 ， ΔGºrxn < 0 且生成物在反应混合物中更丰富。
如果 K < 1 ， ΔGºrxn > 0 和反应物在反应混合物中的浓度较高。
K = 1 ， ΔGºrxn = 0 ，反应物和生成物在反应混合物中的含量相当大。
反应变化的标准自由能取决于温度：
反应的标准自由能变化与反应的平衡常数相关：
将两个表达式组合在一起：
两侧除以 RT 给出
重新排列给出的结果
方程采用直线 y = mx + b. 的形式 用 1/T 绘制的 ln K 图解 产生一条斜率为 −ΔHºrxn º /R 的直线，并产生 ΔSºrxn º /R 的 y 截距 方程还可以两点形式表示：
本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 16.4 章节：自由能。
