其中 U 是系统的内能,T 是温,S 是熵,p 是压强,V 是体积,H 是焓。

吉布斯自由能的物理含义是在等温等压过程中,除体积变化所做的功以外,从系统所能获得的最大功。换句话说,在等温等压过程中,除体积变化所做的功以外,系统对外界所做的功只能等于或者小于吉布斯自由能的减小。数学表示是:

也就是说,在等温等压过程前后,吉布斯自由能不可能增加。如果发生的是不可逆过程,反应总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行。

特别地,吉布斯自由能是一个广延量,单位摩尔物质的吉布斯自由能就是化学势μ。

G=H-TS(1)式中H、T、S分别为系统的焓、热力学温度和熵。吉布斯函数是系统的广延性质,具有能量的量纲。

Δ≤W′(2)式中ΔG为此过程系统的吉布斯函数的变化值,W′为该过程中的非体积功,不等号表示该过程为不可逆过程,等号表示该过程为可逆过程。式(2)表明,在等温定压过程中,一个封闭系统吉布斯函数的减少值等于该系统在此过程中所能做的最大非体积功。

如果一个封闭系统经历一个等温定压且无非体积功的过程,则根据式(2)可得:

ΔG≤0(3)式(3)表明,在封闭系统中,等温定压且不作非体积功的过程总是自动地向着系统的吉布斯函数减小的方向进行,直到系统的吉布斯函数达到一个最小值为止。因此,在上述条件下,系统吉布斯函数的变化可以作为过程方向和限度的判断依据,尤其是在相平衡及化学平衡的热力学研究中,吉布斯函数是一个极其有用的热力学函数。在物理化学,吉布斯相律说明了在特定相态下,系统的自由跟其他变量的关系。

* n :外界因素,多数取n=2,代表压力和温度;对于熔点极高的固体,蒸知汽压的影响非常小,可取n=1。道

以水为例子,只有一种化合物,C=1。在三相点,P=3。F=1-3+2=0,所以温度和压力都固定。

当两种态处于平衡,P=2,对应一个特回定压力,便恰好有一个熔点,即有一个自由度。吉布斯相律的预言正确:F=1-2+2=1。 吉布斯相律广泛适用于多相平衡体系。

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