標準生成自由能

化學原理啟迪251

1.     第三種計算反應的自由能改變的方法是，利用標準生成自由能standard free energies of formation。物質的標準生成自由能(ΔG°f)的定義是，當反應物與產物都在標準狀態下，1mole的某種物質從它的構成元素變成化合物的過程，自由能的改變度。

2.     舉例來說，製造葡萄糖（C6H12O6）的反應是

6C(s)+6H2(g)+3O2(g)→C6H12O6(s)

這個反應的標準自由能，就是反應生成葡萄糖的自由能 the free energy of formation of glucose。

3.     標準生成自由能的數值，對計算特定化學反應的ΔG°有用，利用以下的方程式

ΔG°＝ΣΔG°f (products)－ΣΔG°f (reactants)

4.     許多常見物質的標準生成自由能列舉在教科書的附表4，特別留意，與焓的莫耳生成熱一樣，元素的標準生成自由能在標準狀態是0。

5.     【例題】甲醇是高辛烷值的燃料，高效能的賽車引擎用甲醇當然料。計算引擎中甲醇燃燒反應的標準自由能變化ΔG°

2CH3OH(g)＋3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(g)

以下是參與反應的物質的標準生成自由能

物質	ΔG°f  (kJ/mol)
CH3OH(g)	－163
O2(g)	0
CO2(g)	－394
H2O(g)	－229

6.     【解題】我們利用自由能變化的公式

ΔG°＝ΣΔG°f (products)－ΣΔG°f (reactants)

＝2ΔG°[CO2(g)] ＋4ΔG°[H2O(g)] －3ΔG°[O2(g)] －2ΔG°[CH3OH(g)]

＝2mol（－394kJ/mol）＋4mol(－229kJ/mol)－3(0) －2mol(－163kJ/mol)

＝－1378kJ

7.     ΔG°的數值是負數，而且數值很大，代表這個反應在熱力學上非常有利於進行。

8.     【例題】有個化學工程師想要判斷，依據以下的反應方程式，讓水和乙烯（C2H4）反應來製造乙醇（C2H5OH）可不可行。

C2H4(g)＋H2O(l)→C2H5OH(l)

請問這個反應在標準狀態下是不是自發性反應？

9.     【解題】為了判斷這個反應在標準狀態下是不是自發性的，我們必須知道這個反應的ΔG°。教科書的附表4提供的標準生成自由能ΔG°f：

ΔG°f [C2H5OH(l)]＝－175kJ/mol

ΔG°f [H2O(l)] ＝－237kJ/mol

ΔG°f [C2H4(g)] ＝68kJ/mol

10. 所以

ΔG°＝ΔG°f [C2H5OH(l)]－ΔG°f [H2O(l)]－ΔG°f [C2H4(g)]

＝－175kJ－（－237kJ）－68kJ

＝－ 6kJ

11. 雖然以上的反應屬於自發性的，但是我們還要注意反應的其他特徵，才能之知道這個反應程序是不是適合用來製造乙醇。舉例來說，化學工程師會研究反應的動力學，判斷反應速度夠不夠快。如果不夠快，能不能找到催化劑加快速度。

12. 研究這個問題的時候，化學工程師必須謹記ΔG°與溫度大小有關ΔG°＝ΔH°－TΔS°。如果某個反應在高溫下進行，反應速度就會加快到實際可行，那我們就要利用ΔH°和ΔS°的數值，重新計算在特定溫度下ΔG°的數值。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

徐弘毅：

1.     科學家預先測量在標準狀態下，合成每一種物質1mole所需的自由能，稱為標準生成自由能ΔG°_f。然後，我們利用標準生成自由能ΔG°_f這項指標，去計算各種物質反應的標準自由能變化ΔG°。計算的方法是：讓「各種產物的標準生成自由能」減掉「各種反應物的標準生成自由能」ΔG°＝ΣΔG°f (products)－ΣΔG°f (reactants)。

2.     現代社會對於言論自由、新聞自由、行政效率、冤獄比例……，都有客觀衡量的標準，只要把2011年的這些指標統計，跟2008、1998、1988、1978做個比較，就可以知道這個社會有多民主？保障人權？獨立自主？

3.     一個社會是否民主化、保障人權、行政效率高？最重要的關鍵其實就是國家領導人的知識水準。一個人不會拉小提琴，擁有了千萬的小提琴，也只能亂拉一通；一個沒有憲法常識的人，擁有國家最大的權力，他一定胡亂治理，依據他的生物本能、依據他的生物慾望，來控制一切。

4.     一個沒有醫師執照的密醫，沒有醫學常識，為人開刀會有什麼結果？一個城市的行政首長如果沒有「行政效率」通過國際ISO認證的經驗與知識，那麼他的市政管理會有什麼結果？當然一定會發生阿拉夜店大火、翁奇楠命案……。

5.     李登輝因為擅長打小白球，所以台灣才有機會可能誕生曾雅妮；馬英九因為喜歡跑步，所以台灣社會才會把林義傑當成國家英雄；陳水扁因為精通法律，所以他才能夠凸顯國民黨的立委絕大部分是白癡，只會用特權斂財；更凸顯台灣絕大部分的法官與檢察官擅長養小三、逛酒店、冤枉江國慶的文化。

6.     為什麼馬政府執政以後，台灣的貧富差距創下歷史紀錄，國債創下歷史紀錄，稅制嚴重不公平、不正義，城鄉差距擴大，除了因為馬英九沒有財稅常識、管理無能以外，也間接證實台灣的中央研究院院士們，沒有社會正義感，絕大部分都是李述德的共犯，朱敬一、曾志朗一定不敢否認！

7.     知識就是力量，無知的掌權者就是迫害人權的最主要力量，柏楊、黃信介、施明德、楊逵……為什麼會被關？因為蔣經國的憲法與人權方面的知識水準太差，同時也凸顯星雲等宗教權貴階級沒有人權概念，他們習慣於勾結政治權貴，一起踐踏人權，實行獨裁統治；台灣絕大部分的宗教團體內部的行政管理都是獨裁統治模式。

8.     追求獨立自主是人類文明必然的未來，獨裁統治愈嚴重的國家，無知愚蠢的獨裁者就一定會成為歷史敗類，這是人類文明進步的方向，也是不可逆的趨勢。所以，時代愈發達，民主愈進步，蔣中正與蔣經國的敗類程度就會凸顯得愈嚴重。

9.     為什麼蔣經國統治時期，台灣西半部的河川幾乎生態全部死亡？掌權者「無知」一定會禍國殃民，危害自然生態的發展。當時的經濟部長、行政院長、行政院文官系統、總統府幕僚、蔣經國的牧師……，都是環保這一方面的知識白癡，吳敦義一定不敢否認！

10. 隨著國家領導人知識水準的不同，國家就會發生不同的變化，所以最近三年多與扁政府執政八年比較起來就可以發現，扁政府的官員比較貪錢、愛財，馬政府的官員比較不注重人權，行政效率比較無能，喜歡箝制言論自由，習慣圖利財團，習慣性製造社會不公平，自我感覺良好。所以，「民主、人權」也有可能退步。

11. 水和乙烯（C2H4）製造乙醇（C2H5OH）的反應，雖然標準自由能變化是負的，屬於「自發性反應」，但是可能在動力學上反應速率太慢，必須增加「催化劑」或調整「溫度」。

12. 在這個時代為了加速社會的民主化與人民個人的獨立自主能力，政府必須要擴大教育投資，人民應該人人學會使用臉書、部落格……等網路系統，來譴責權貴階級官商勾結亂降稅，用社會輿論讓沒有知識的政客無地自容。