自由能专题：原理与方法

1.认识自由能

1.1.自由能的由来

在特定的热力学过程中，系统内能减少的部分中能够用于对外做功的那一部分被称为自由能。它反映的是：在某一特定的热力学过程中，系统可以对外输出的“有效能量”。根据不同的条件，自由能可分为亥姆霍兹自由能与吉布斯自由能。

自由能是物理化学领域中的一个重要概念。首先需要明确的是，自由能在判断一个过程是否自发方面具有重要意义：当一个过程的自由能下降时，该过程将自发进行；而任何自发进行的过程必然伴随着自由能的降低。这正是热力学第二定律的核心内容。

在探讨这两种自由能之间的区别与联系之前，有必要简要回顾热力学的基本定律。热力学研究的对象是在一定的宏观约束条件下由大量粒子组成的客观实体，通常称为热力学体系或系统。体系之外的部分则被称为环境，并且体系与环境之间存在相互作用关系。例如，热源作为与体系交换热量的环境，并保持体系与其温度一致，应被视为物质的量及热容无限大的客观实体。以溶液环境中靶酶分子和药物分子组成的复合物为例，可将复合物视为系统，而将周围的溶液视为环境。

热力学第一定律：

系统的内能变化等于其吸收的热量和外界对它所做的功之和。也就是说，在能量转换过程中热量可以在不同物体之间传递，并且可以与其他形式的能量相互转化；然而在整个过程中能量总量始终保持不变。这一原理的本质即为著名的**能量守恒定