你为什么会“放屁”？用化学热力学原理分析

放屁是人体摄入糖、蛋白质后经肠道细菌发酵的结果。

该发酵过程的产物为小分子有机物如短链脂肪酸（乙酸、丙酸等）及各种气体（二氧化碳、氢气、甲烷、硫化氢等），从热力学上看是一个自发且放热、熵增的过程，即焓效应和熵效应共同驱动了反应的进行。

如图1，球从高到低滚落代表焓减，从小变大代表熵增。

图1 焓减，熵增（图片来源：作者自制）

下文对本图进行深入分析。

焓效应

该反应之所以焓减（ΔH＜0），是因为高键能化学键的生成驱动了体系能量的释放（如图2），如脂肪酸和水中的O-H键，脂肪酸和二氧化碳的C=O键，氢气的H-H键，脂肪酸及甲烷中的C-H键及硫化氢的S-H键，无不属于强化学键（回顾知识点：成键放热，键能越高，放热越大）。

图2 强键引发焓减（图片来源：作者自制）

该反应本质上是一个“缓慢燃烧”的过程，降低的焓的其中一部分以热量形式散失（类比木炭燃烧），另一部分以ATP的形式储存以维持生命活动。

熵效应

在反应前，底物为糖、蛋白质等大分子，结构相对有序，分子数量少；

而反应后，产物变成了多个小分子（短链脂肪酸、水及各种气体），分子种类及数量增多；

这种从少数且有序的大分子转变为大量且无需的小分子的过程，大幅增加了系统混乱度（气体分子更进一步增加了混乱度），使熵变ΔS大幅大于零。

如图3，底物有序度高，熵小（球小），反应后产物无序度高，熵大（球大）。

图3 大分子变小分子引发熵增（图片来源：作者自制）

总结

综上，该反应焓减（ΔH＜0）且熵增（ΔS＞0），根据公式ΔG=ΔH-TΔS，得出ΔG大幅小于零，属于高度自发的过程。

需注意的是，公式还体现ΔG与温度的关系——温度越高，ΔG越小；所以，是否意味着夏天更容易放屁？

实则不然，因人体内部是恒温的（37℃），夏天和冬天体内温差极小，对ΔG影响微乎其微。

所以，下次当你放屁的时候，可以把它想象成你肠道内微生物正在完成的一个由热力学定律驱动的、不可抗拒的化学反应。这是生命、化学和物理定律共同作用的自然结果。