Laisva energija vs standartinė Laisva energija
Kas yra laisva energija?
Darbų, kuriuos gali atlikti termodinaminė sistema, kiekis vadinamas laisva energija. Laisvąją energiją galima apibūdinti dviem terminais: „Helmholtz free free“ir „Gibbs free energy“. Chemijoje, kai vartojame žodį „laisva energija“, tai reiškia laisvąją Gibso energiją. Fizikoje laisva energija reiškia laisvąją Helmholtzo energiją. Abu terminai aprašyti toliau.
Antrasis termodinamikos dėsnis yra susijęs su entropija ir jame sakoma: „Visatos entropija didėja savaiminio proceso metu“. Entropija yra susijusi su pagamintos šilumos kiekiu; tiek yra sunykusi energija. Bet iš tikrųjų papildomo sutrikimo, kurį sukelia tam tikras šilumos kiekis q, kiekis priklauso nuo temperatūros. Jei jau labai karšta, šiek tiek papildomos šilumos nesukelia daug daugiau sutrikimų, tačiau jei temperatūra yra labai žema, tas pats šilumos kiekis dramatiškai padidins sutrikimus. Todėl tikslingiau rašyti, ds = dq / T
Norėdami analizuoti pokyčių kryptį, turime atsižvelgti į pokyčius tiek sistemoje, tiek aplinkoje. Ši „Clausius“nelygybė rodo, kas vyksta, kai šilumos energija perduodama tarp sistemos ir aplinkinių. (Apsvarstykite, ar sistema yra temperatūros pusiausvyroje su aplinkine, esant temperatūrai T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Jei šildymas atliekamas pastoviu tūriu, pirmiau pateiktą (1) lygtį galime parašyti taip. Ši lygtis išreiškia spontaniškos reakcijos kriterijų tik valstybės funkcijų atžvilgiu.
dS - dU / T ≥0
Lygtį galima pertvarkyti, kad gautume šią lygtį.
TdS ≥dU (2 lygtis), todėl jį galima parašyti taip
dU - TdS ≤0
Pirmiau pateiktą išraišką galima supaprastinti vartojant terminą Helmholtzo energija A, kurį galima apibrėžti kaip:
A = U-TS
Iš pirmiau pateiktų lygčių galime išvesti spontaniškos reakcijos kriterijų kaip dA ≤0. Tai teigia, kad sistemos pokytis esant pastoviai temperatūrai ir tūriui yra savaiminis, jei dA ≤0. Taigi pokyčiai yra spontaniški, kai jie atitinka Helmholtzo energijos sumažėjimą. Todėl šios sistemos juda spontaniškai, kad gautų mažesnę A vertę.
Gibso laisva energija yra susijusi su pokyčiais, vykstančiais esant pastoviam slėgiui. Kai šilumos energija perduodama esant pastoviam slėgiui, atliekami tik plėtimosi darbai; todėl 2 lygtį modifikuojame ir rašome taip.
TdS ≥dH
Šią lygtį galima pertvarkyti, kad gautų dH-TdS≤0. Naudojant terminą „Gibbs free energy“, G, šią lygtį galima parašyti taip, G = H-TS
Esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, cheminės reakcijos vyksta spontaniškai mažėjant Gibbso energijos kiekiui. Todėl dG ≤0
Kas yra standartinė nemokama energija?
Standartinė laisva energija yra laisva energija, apibrėžta standartinėmis sąlygomis. Standartinės sąlygos yra 298 K temperatūra; slėgis, 1 atm arba 101,3 kPa; ir visos ištirpusios medžiagos esant 1 M koncentracijai. Standartinė laisva energija žymima Go.
Kuo skiriasi laisva energija nuo standartinės nemokamos energijos?
• Chemijoje laisva energija vadinama laisva Gibbso energija. Tai susiję su pokyčiais, vykstančiais esant nuolatiniam slėgiui. Standartinė laisva energija yra laisva energija, apibrėžta standartinėmis sąlygomis.
• Todėl standartinė laisva energija suteikiama esant 298K temperatūrai ir 1 atm slėgiui, tačiau laisvosios energijos vertė gali kisti priklausomai nuo temperatūros ir slėgio.
