Rozdiel medzi bezplatnou energiou a štandardnou bezplatnou energiou

Bezplatná energia vs Štandardná bezplatná energia

Čo je to bezplatná energia?

Množstvo práce, ktorú môže termodynamický systém vykonať, sa nazýva voľná energia. Voľnú energiu možno opísať pomocou dvoch výrazov, Helmholtzovej voľnej energie a Gibbsovej voľnej energie. V chémii, keď používame slovo „bezplatná energia“, čo znamená Gibbsovu bezplatnú energiu. Vo fyzike sa voľná energia týka Helmholtzovej voľnej energie. Oba termíny sú opísané nižšie.

Druhý zákon termodynamiky súvisí s entropiou a hovorí: „entropia vesmíru sa zvyšuje spontánnym procesom.“ Entropia súvisí s množstvom generovaného tepla; to je miera, do akej bola energia degradovaná. V skutočnosti však množstvo mimoriadnej poruchy spôsobenej daným množstvom tepla q závisí od teploty. Ak je už veľmi horúce, trochu tepla navyše nevytvára oveľa viac poruchy, ale ak je teplota veľmi nízka, rovnaké množstvo tepla spôsobí dramatické zvýšenie poruchy. Preto je vhodnejšie písať,

ds = DQ / T

Aby sme mohli analyzovať smer zmeny, musíme vziať do úvahy zmeny v systéme aj v okolitom prostredí. Nasledujúca Clausiova nerovnosť ukazuje, čo sa stane, keď sa tepelná energia prenáša medzi systémom a okolím. (Zvážte, že systém je v tepelnej rovnováhe s okolím pri teplote T)

dS - dq / T ≥0.… (1) 

Ak sa zahrievanie uskutočňuje pri konštantnom objeme, vyššie uvedenú rovnicu (1) môžeme napísať nasledujúcim spôsobom. Táto rovnica vyjadruje kritérium pre spontánnu reakciu, ktorá sa má uskutočniť iba z hľadiska štátnych funkcií.

dS - dU / T ≥0

Rovnica môže byť usporiadaná tak, aby sa získala nasledujúca rovnica.

TdS ≥dU (rovnica 2), a preto ho možno písať ako

dU - TdS ≤0

Vyššie uvedený výraz môže byť zjednodušený použitím termínu Helmholtzova energia, A, ktorá môže byť definovaná ako,

A = U-TS

Z vyššie uvedených rovníc môžeme odvodiť kritérium pre spontánnu reakciu ako dA ≤0. To znamená, že zmena systému pri konštantnej teplote a objeme je spontánna, ak dA ≤0. Takže zmena je spontánna, keď zodpovedá zníženiu Helmholtzovej energie. Preto sa tieto systémy pohybujú spontánnou cestou, aby dávali nižšiu hodnotu A..

Gibbsova voľná energia súvisí so zmenami, ku ktorým dochádza pri konštantnom tlaku. Ak sa tepelná energia prenáša pri konštantnom tlaku, dochádza len k expanzii; Preto modifikujeme a píšeme rovnicu 2 nasledujúcim spôsobom.

TdS ≥dH

Táto rovnica sa dá usporiadať na rovnicu DH-TdS≤0. Pod pojmom Gibbsova bezplatná energia G sa dá táto rovnica písať ako,

G = H-TS

Pri konštantnej teplote a tlaku sú chemické reakcie spontánne v smere klesajúcej Gibbsovej voľnej energie. Preto dG ≤0

Čo je to štandardná bezplatná energia?

Štandardná voľná energia je voľná energia definovaná za štandardných podmienok. Štandardné podmienky sú teplota 298 K; tlak, 1 atm alebo 101,3 kPa; a všetky rozpustené látky pri koncentrácii 1 M. Štandardná voľná energia sa označuje ako Go.

Aký je rozdiel medzi bezplatnou energiou a štandardnou bezplatnou energiou? • V chémii sa voľná energia označuje ako Gibbsova bezplatná energia. Súvisí to so zmenami, ku ktorým dochádza pri konštantnom tlaku. Štandardná voľná energia je voľná energia definovaná za štandardných podmienok. • Preto je štandardná voľná energia daná pri teplote 298 K a tlaku 1 atm, ale hodnota voľnej energie sa môže meniť v závislosti od teploty a tlaku..