Razlika med brezplačno in standardno brezplačno energijo

Brezplačna energija v primerjavi s standardno brezplačno energijo

Kaj je Prosta energija?

Količina dela, ki jo lahko izvede termodinamični sistem, je znana kot prosta energija. Brezplačno energijo lahko opišemo z uporabo dveh izrazov, brez Helmholtz energije in Gibbsove energije. V kemiji, ko uporabljamo besedo "prosta energija", ki pomeni Gibbs brezplačno energijo. V fiziki se prosta energija nanaša na brezplačno energijo Helmholtza. Oba termina sta opisana spodaj.

Drugi zakon termodinamike je povezan z entropijo in pravi: "entropija vesolja se poveča v spontanem procesu." Entropija je povezana s količino proizvedene toplote; to je stopnja degradacije energije. Toda v resnici je količina dodatne motnje, ki jo povzroči določena količina toplote q, odvisna od temperature. Če je že zelo vroče, nekaj dodatne vročine ne povzroča veliko več motnje, če pa je temperatura zelo nizka, bo ista količina toplote povzročila dramatično povečanje motnje. Zato je primerneje pisati,

ds = dq / T

Za analizo smeri sprememb moramo upoštevati spremembe v sistemu in okolici. Naslednja Clausiusova neenakost prikazuje, kaj se zgodi, ko se toplotna energija prenaša med sistem in okolico. (Upoštevajte, da je sistem v toplotnem ravnovesju z okolico pri temperaturi T)

dS - dq / T ≥0.… (1) 

Če ogrevanje izvajamo s konstantno prostornino, lahko zgornjo enačbo (1) napišemo na naslednji način. Ta enačba izraža merilo za spontano reakcijo le v smislu državnih funkcij.

dS - dU / T ≥0

Enačbo lahko preuredimo tako, da dobimo naslednjo enačbo.

TdS ≥dU (enačba 2), in se zato lahko zapiše kot

dU - TdS ≤0

Zgornji izraz lahko poenostavimo z uporabo izraza Helmholtz energije A, ki ga lahko definiramo kot,

A = U-TS

Iz zgornjih enačb lahko dobimo merilo za spontano reakcijo kot dA ≤0. To pravi, da je sprememba sistema pri konstantni temperaturi in prostornini spontana, če je dA ≤0. Torej je sprememba spontana, ko ustreza zmanjšanju energije Helmholtza. Zato se ti sistemi premikajo spontano, da bi dali nižjo vrednost A.

Gibbsova energija je povezana s spremembami, ki se dogajajo pri stalnem pritisku. Ko se toplotna energija prenaša s konstantnim tlakom, obstaja samo razširitveno delo; zato enačbo 2 spremenimo in zapišemo na naslednji način.

TdS ≥dH

To enačbo lahko preuredimo tako, da dobimo dH-TdS≤0. Z izrazom Gibbsova brezplačna energija G lahko to enačbo zapišemo kot,

G = H-TS

Pri stalni temperaturi in tlaku so kemične reakcije spontane v smeri zmanjševanja Gibbsove proste energije. Zato je dG ≤0

Kaj je standardna brezplačna energija?

Standardna prosta energija je prosta energija, definirana v standardnih pogojih. Standardni pogoji so temperatura, 298 K; tlak, 1 atm ali 101,3 kPa; in vsa topila v 1 M koncentraciji. Standardna prosta energija je označena kot Go.

Kakšna je razlika med brezplačno energijo in standardno brezplačno energijo? • V kemiji se prosta energija imenuje Gibbsova prosta energija. Povezana je s spremembami, ki se dogajajo s stalnim pritiskom. Standardna prosta energija je prosta energija, definirana v standardnih pogojih. • Zato se standardna prosta energija daje pri temperaturi 298 K in 1 atm, vendar se lahko vrednost proste energije spreminja, odvisno od temperature in tlaka.