Vaba energia ja tavalise tasuta energia erinevus

Vaba energia vs Standardne tasuta energia

Mis on vaba energia?

Tööd, mida termodünaamiline süsteem suudab teha, nimetatakse vaba energiaks. Vaba energiat saab kirjeldada kahel terminil: Helmholtzi vaba energia ja Gibbi vaba energia. Keemias, kui me kasutame sõna “vaba energia”, tähendab see Gibbi vaba energiat. Füüsikas tähendab vaba energia Helmholtzi vaba energiat. Mõlemat terminit kirjeldatakse allpool.

Termodünaamika teine ​​seadus on seotud entroopiaga ja ütleb: "Universumi entroopia suureneb spontaanse protsessi käigus". Entroopia on seotud tekkiva soojushulgaga; see on energia lagunemise ulatus. Kuid tegelikult sõltub antud soojushulgast q põhjustatud lisahäirete temperatuur temperatuurist. Kui on juba väga palav, ei tekita natuke lisaküte palju rohkem häireid, kuid kui temperatuur on väga madal, põhjustab sama palju kuumust häireid dramaatiliselt. Seetõttu on õigem kirjutada,

ds = dq / T

Muutuste suuna analüüsimiseks peame arvestama muutustega nii süsteemis kui ka ümbritsevas. Järgnev Clausius'i ebavõrdsus näitab, mis juhtub soojusenergia ülekandmisel süsteemi ja ümbritseva vahel. (Arvestage, et temperatuur on temperatuuril T ümbritsevaga tasakaalus)

dS - dq / T ≥0… (1) 

Kui kuumutamine toimub püsimahuga, võime ülaltoodud võrrandi (1) kirjutada järgmiselt. See võrrand väljendab spontaanse reaktsiooni toimumise kriteeriumi ainult olekute funktsioonide osas.

dS - dU / T ≥0

Võrrandit saab ümber korraldada, et saada järgmine võrrand.

TdS ≥dU (valem 2), ja seetõttu saab seda kirjutada nii

dU - TdS ≤0

Ülaltoodud väljendit saab lihtsustada termini Helmholtz energy A kasutamisega, mida saab määratleda kui,

A = U-TS

Ülaltoodud võrranditest saame tuletada spontaanse reaktsiooni kriteeriumi, kui dA ≤0. See väidab, et muutused süsteemis püsival temperatuuril ja ruumalal on spontaansed, kui dA ≤0. Seega on muutus spontaanne, kui see vastab Helmholtzi energia vähenemisele. Seetõttu liiguvad need süsteemid spontaansel teel, et anda madalamat A-väärtust.

Gibbsi vaba energia on seotud muutustega, mis toimuvad pideval rõhul. Kui soojusenergia kantakse üle püsival rõhul, toimub ainult paisutustöö; seetõttu muudame ja kirjutame võrrandi 2 järgmiselt.

TdS ≥dH

Selle võrrandi saab ümber kujundada dH-TdS≤0. Mõistega Gibbsi vaba energia G võib selle võrrandi kirjutada järgmiselt,

G = H-TS

Konstantsel temperatuuril ja rõhul on keemilised reaktsioonid spontaansed Gibbi vaba energia vähenemise suunas. Seetõttu dG ≤0

Mis on tavaline tasuta energia?

Standardne vaba energia on standardtingimustel määratletud vaba energia. Tingimusteks on temperatuur 298 K; rõhk, 1 atm või 101,3 kPa; ja kõik lahustunud ühendid kontsentratsioonil 1 M. Standardne vaba energia on tähistatud kui Go.

Mis vahe on tasuta ja tavalisel tasuta energial?? • Keemias nimetatakse vabaks energiaks Gibbsi vaba energiat. See on seotud muutustega, mis toimuvad pideval rõhul. Standardne vaba energia on standardtingimustel määratletud vaba energia. • Seetõttu antakse standardne vaba energia temperatuuril 298 K ja rõhul 1 atm, kuid vaba energia väärtus võib temperatuurist ja rõhust sõltuvalt muutuda.