Kiemelt különbség – Szabadenergia vs entalpia
A szabadenergia és az entalpia két termodinamikai kifejezés, amellyel megmagyarázzák a hőenergia és a termodinamikai rendszerekben előforduló kémiai reakciók közötti kapcsolatot. A szabadenergia vagy termodinamikai szabadenergia az a munkamennyiség, amelyet egy termodinamikai rendszer képes elvégezni. Más szavakkal, a szabad energia az az energiamennyiség, amely a termodinamikai rendszerben rendelkezésre áll a termodinamikai munka elvégzéséhez. Az entalpia ezzel szemben egy termodinamikai mennyiség, amely a termodinamikai rendszer teljes energiatartalmát jelenti. A szabad energia és az entalpia közötti fő különbség az, hogy a szabad energia adja a termodinamikai munka elvégzéséhez rendelkezésre álló teljes energiát, míg az entalpia egy termodinamikai rendszer teljes energiáját adja, amely hővé alakítható.
Mi az a szabadenergia?
A szabadenergia az az energiamennyiség, amely egy termodinamikai rendszer számára rendelkezésre áll a termodinamikai munka elvégzéséhez. A szabad energiának az energia dimenziói vannak. Egy termodinamikai rendszer szabadenergiájának értékét a rendszer jelenlegi állapota határozza meg; nem a története alapján. A termodinamikában gyakran tárgyalják a szabadenergia két fő típusát; Helmholtz-mentes energia és Gibbs-mentes energia.
Helmholtz Free Energy
A Helmholtz-szabadenergia az az energia, amely egy zárt, termodinamikus rendszerben rendelkezésre áll a termodinamikai munka végzéséhez állandó hőmérsékleten és térfogaton. Ezért a Helmholtz-energia negatív értéke azt a maximális munkát jelöli, amelyet egy termodinamikai rendszer tud végezni térfogatának állandó tartása mellett. A térfogat állandó tartása érdekében a teljes termodinamikai munka egy részét határmunkaként végezzük (hogy a rendszer határa olyan maradjon, ahogy van). A Helmholtz-energia egyenletét az alábbiakban adjuk meg.
A=U – TS
Ahol A a Helmholtz-szabadenergia, U a belső energia, T a hőmérséklet, amely állandó, és S a rendszer entrópiája. Az entrópia egy termodinamikai mennyiség, amely azt jelzi, hogy a rendszer hőenergiája nem áll rendelkezésre a mechanikai munkává alakításhoz.
01. ábra: Hermann von Helmholtz volt az első, aki javasolta a Helmholtz-szabadenergia koncepcióját
Gibbs Free Energy:
A Gibbs felszabadítja azt az energiát, amely egy zárt, termodinamikus rendszerben rendelkezésre áll, hogy állandó hőmérsékleten és nyomáson termodinamikai munkát végezzen. A rendszer hangereje változhat. A szabad energiát G jelöli. A Gibbs-szabadenergia egyenlete az alábbiakban látható.
G=H – TS
A fenti egyenletben G a Gibbs-szabadenergia, H a rendszer entalpiája, Y a hőmérséklet, ami egy állandó és S a rendszer entrópiája.
Mi az entalpia?
A rendszer entalpiája a rendszer teljes hőtartalmával egyenértékű termodinamikai mennyiség. Ez egyenlő a rendszer belső energiájával, plusz a nyomás és a térfogat szorzatával. Ezért ez egy rendszer termodinamikai tulajdonsága. Az entalpia egyenlete az alábbiakban látható.
H=U + PV
Ennek megfelelően H a rendszer entalpiája, U a rendszer belső energiája, P a nyomás és V a térfogata. A rendszer entalpiája a rendszer hőleadó képességét jelzi (nem mechanikus munka elvégzésére). Az entalpiát a H szimbólum jelöli.
A rendszer entalpiájának meghatározása lehetővé teszi számunkra, hogy jelezzük, hogy egy kémiai reakció exoterm vagy endoterm. A rendszer entalpiájának változása felhasználható a reakcióhő meghatározására, valamint annak előrejelzésére, hogy egy kémiai reakció spontán vagy nem spontán.
Mi a kapcsolat a szabad energia és az entalpia között?
A Gibbs-szabadenergia és az entalpia a következő egyenlet alapján kapcsolódik egymáshoz.
G=H – TS
A fenti egyenletben G a Gibbs-szabadenergia, H a rendszer entalpiája, Y a hőmérséklet, ami egy állandó és S a rendszer entrópiája. G-nek és H-nak ugyanaz a mértékegysége.
Mi a különbség a szabadenergia és az entalpia között?
Free Energy vs entalpy |
|
| A szabadenergia az az energiamennyiség, amely egy termodinamikai rendszer számára rendelkezésre áll a termodinamikai munka elvégzéséhez. | A rendszer entalpiája egy termodinamikai mennyiség, amely megegyezik a rendszer teljes hőtartalmával. |
| Koncepció | |
| A szabad energia megadja a termodinamikai munka elvégzéséhez rendelkezésre álló teljes energiát. | Az entalpia megadja egy rendszer teljes energiáját, amely hővé alakítható. |
| Konverzió | |
| A szabad energia adja azt az energiát, amely a rendszer mechanikai munkájává alakítható. | Az entalpia megadja azt az energiát, amely a rendszer nem mechanikus munkájává alakítható. |
Összefoglaló – Szabadenergia vs entalpia
A termodinamikai rendszer szabad energiája és entalpiája a rendszerben elérhető energiát jelenti. A fő különbség a szabadenergia és az entalpia között az, hogy a szabad energia adja meg a termodinamikai munka elvégzéséhez rendelkezésre álló teljes energiát, míg az entalpia egy rendszer teljes energiáját adja, amely hővé alakítható.
