孤立系・等温系における過程の方向

🧠 定温・定圧ではギブズ自由エネルギー Gibbs free energyギブズ自由エネルギー（Gibbs free energy） Gibbs free energy（ギブズ自由エネルギー）$G$の減少方向が自発方向である。 $\Delta G<0$で自発、$\Delta G=0$で平衡となる。

ギブズ自由エネルギーの符号

定温定圧では$\Delta G<0$が自発、$\Delta G=0$が平衡、$\Delta G>0$が逆向きに自発である。エンタルピーenthalpy エンタルピー（enthalpy）enthalpy（エンタルピー） 利得 gain 利得（gain） gain（利得） とエントロピー利得 gain 利得（gain） gain（利得） の競合により、同じ反応でも温度で向きが変わり得る。

孤立系・等温系における過程の方向を表す式

この形は温度が一定で、エンタルピーenthalpyエンタルピー（enthalpy）enthalpy（エンタルピー）・エントロピー変化の温度依存を無視 neglect 無視（neglect） neglect（無視） できる範囲で読む。

エンタルピー項とエントロピー項の競合

ΔG=ΔH−TΔSなのでエントロピーだけで方向は決まらない。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Gibbs free energy'>ギブズ自由エネルギー</span>の符号"] --> B
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='enthalpy'>エンタルピー</span>項とエントロピー項の競合"] --> C
  C["ΔG=ΔH−TΔSなのでエントロピーだけで方向は決まらない"] --> D
  D["標準状態と細胞内条件"]

標準状態と細胞内条件

第二法則second law第二法則（second law）second law（第二法則）を定温・定圧系へ適用すると、系と周囲の全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） 増大は$\Delta G<0$と等価に表せる。$\Delta G=\Delta H-T\Delta S$なので、エンタルピーenthalpy エンタルピー（enthalpy）enthalpy（エンタルピー） 項とエントロピー項の競合を含むギブズ自由エネルギーGibbs free energyギブズ自由エネルギー（Gibbs free energy）Gibbs free energy（ギブズ自由エネルギー）が自発方向を決める。

ΔG=0は平衡、正なら逆方向が自発的である。実際の化学反応 chemical reaction 化学反応（chemical reaction） chemical reaction（化学反応） では濃度・分圧を含む反応商によりΔGが変わり、標準自由エネルギー free energy 自由エネルギー（free energy） free energy（自由エネルギー） ΔG°だけでは細胞内の向きを決められない。

まとめ

生物を含む系の熱力学では、保存則とエントロピー・自由エネルギーfree energy 自由エネルギー（free energy）free energy（自由エネルギー） の制約 Limitations 制約（Limitations） Limitations（制約） を同時に扱う。¹²

• 孤立系isolated system 孤立系（isolated system）isolated system（孤立系） では全エントロピー total entropy 全エントロピー（total entropy） total entropy（全エントロピー） 変化 ΔS_total>0が自発過程の向きを示す。定温・定圧ではΔG<0が自発性 spontaneous 自発性（spontaneous） spontaneous（自発性） を示す。
• ΔG=ΔH−TΔSなのでエントロピーだけで方向は決まらない。
• ΔG=0は平衡、正なら逆方向が自発的である。