Ero vapaan energian ja tavallisen vapaan energian välillä

Vapaa energia vs. normaali vapaa energia

Mikä on vapaa energia?

Työn määrä, jonka termodynaaminen järjestelmä voi suorittaa, tunnetaan nimellä vapaa energia. Vapaa energia voidaan kuvata kahdella termillä: Helmholtz vapaa energia ja Gibbs vapaa energia. Kemiassa, kun käytämme sanaa "vapaa energia", se tarkoittaa Gibbsin vapaata energiaa. Fysiikassa vapaa energia tarkoittaa Helmholtzin vapaata energiaa. Molemmat termit kuvataan alla.

Termodynamiikan toinen laki liittyy entropiaan, ja siinä sanotaan, että "maailmankaikkeuden entropia kasvaa spontaanissa prosessissa". Entropia liittyy tuotetun lämmön määrään; siinä määrin energia on huonontunut. Tosiasiassa tietyn määrän lämpöä q aiheuttama ylimääräinen häiriö riippuu lämpötilasta. Jos se on jo hyvin kuuma, vähän ylimääräistä lämpöä ei aiheuta paljon enemmän häiriöitä, mutta jos lämpötila on hyvin matala, sama lämpötila lisää häiriön dramaattisesti. Siksi on tarkoituksenmukaisempaa kirjoittaa,

ds = dq / T

Muutoksen suunnan analysoimiseksi on otettava huomioon muutokset sekä järjestelmässä että sitä ympäröivässä. Seuraava Clausius-eriarvoisuus osoittaa, mitä tapahtuu, kun lämpöenergiaa siirretään järjestelmän ja ympäröivän välillä. (Oletetaan, että järjestelmä on termisessä tasapainossa ympäröivän kanssa lämpötilassa T)

dS - dq / T ≥0… (1) 

Jos lämmitys tapahtuu vakiona, voimme kirjoittaa yllä olevan yhtälön (1) seuraavasti. Tämä yhtälö ilmaisee kriteerin spontaanin reaktion tapahtumiseksi vain tilatoimintojen perusteella.

dS - dU / T ≥0

Kaava voidaan järjestää uudelleen, jotta saadaan seuraava yhtälö.

TdS ≥dU (yhtälö 2), ja siksi se voidaan kirjoittaa nimellä

dU - TdS ≤0

Edellä olevaa lauseketta voidaan yksinkertaistaa käyttämällä termiä Helmholtz energy, A, joka voidaan määritellä,

A = U-TS

Yllä olevista yhtälöistä voimme johtaa spontaanin reaktion kriteerin dA ≤0. Tämä väittää, että muutos järjestelmässä vakiona lämpötilassa ja tilavuudessa on spontaania, jos dA ≤0. Joten muutos on spontaania, kun se vastaa Helmholtz-energian vähenemistä. Siksi nämä järjestelmät liikkuvat spontaanisti, antaen pienemmän A-arvon.

Gibbs-vapaa energia liittyy muutoksiin, jotka tapahtuvat vakiopaineessa. Kun lämpöenergia siirretään vakiopaineessa, tapahtuu vain paisuntatyö; sen vuoksi muokata ja kirjoittaa yhtälö 2 seuraavasti.

TdS ≥dH

Tämä yhtälö voidaan järjestää uudelleen antamaan DH-TdS≤0. Ilmauksella Gibbs vapaa energia, G, tämä yhtälö voidaan kirjoittaa,

G = H-TS

Vakiolämpötilassa ja paineessa kemialliset reaktiot ovat spontaaneja Gibbsin vapaan energian vähentymissuuntaan. Siksi dG <0

Mikä on vakiovapaa energia?

Vakiovapaa energia on vakio-olosuhteissa määritelty vapaa energia. Vakio-olosuhteet ovat lämpötila, 298 K; paine, 1 atm tai 101,3 kPa; ja kaikki liuenneet aineet 1 M konsentraatiossa. Normaali vapaa energia merkitään nimellä Go.

Mikä ero on vapaan energian ja tavallisen vapaan energian välillä?? • Kemiassa vapaaksi energiaksi viitataan Gibbsin vapaaksi energiaksi. Se liittyy muutoksiin, jotka tapahtuvat jatkuvassa paineessa. Vakiovapaa energia on vakio-olosuhteissa määritelty vapaa energia. • Siksi normaali vapaa energia annetaan lämpötilassa 298 K ja 1 atm paineessa, mutta vapaan energian arvo voi muuttua lämpötilasta ja paineesta riippuen.