Ingyenes energia kontra normál ingyenes energia
Mi az a szabad energia?
Az a munkamennyiség, amelyet egy termodinamikai rendszer képes elvégezni, szabadenergia néven ismert. A szabad energia két kifejezéssel írható le: Helmholtz szabad energia és Gibbs szabad energia. A kémiában, amikor a „szabad energia” szót használjuk, az azt jelenti, hogy Gibbs szabad energiája. A fizikában a szabadenergia Helmholtz-szabadenergiára utal. Mindkét kifejezés leírása alább található.
A termodinamika második főtétele az entrópiához kapcsolódik, és azt mondja: „Az univerzum entrópiája spontán folyamatban növekszik”. Az entrópia a termelt hő mennyiségével függ össze; ennyi az energia leromlása. Valójában azonban az adott q hőmennyiség által okozott többletzavar mértéke a hőmérséklettől függ. Ha már nagyon meleg van, akkor egy kis plusz hő nem okoz sokkal nagyobb rendetlenséget, de ha nagyon alacsony a hőmérséklet, akkor ugyanannyi hő a rendetlenség drámai növekedését okozza. Ezért célszerűbb ezt írni:
ds=dq/T
A változás irányának elemzéséhez figyelembe kell vennünk mind a rendszer, mind a környezet változásait. A következő Clausius-egyenlőtlenség megmutatja, hogy mi történik, ha hőenergia kerül átadásra a rendszer és a környezet között. (Tekintsük, hogy a rendszer termikus egyensúlyban van a környezettel T hőmérsékleten)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Ha a fűtés állandó térfogaton történik, akkor a fenti (1) egyenletet a következőképpen írhatjuk fel. Ez az egyenlet azt a kritériumot fejezi ki, hogy a spontán reakció csak állapotfüggvények alapján megy végbe.
dS – dU/T ≥0
Az egyenlet átrendezhető a következő egyenlethez.
TdS ≥dU (2. egyenlet), ezért felírható:
dU – TdS ≤0
A fenti kifejezés leegyszerűsíthető a Helmholtz-energia, A kifejezés használatával, amely a következőképpen definiálható:
A=U-TS
A fenti egyenletekből levezethetjük a spontán reakció kritériumát, ha dA ≤0. Ez azt állítja, hogy a rendszer változása állandó hőmérsékleten és térfogaton spontán, ha dA ≤0. Tehát a változás spontán, ha a Helmholtz-energia csökkenésének felel meg. Ezért ezek a rendszerek spontán úton mozognak, hogy alacsonyabb A értéket adjanak.
A Gibbs szabad energia az állandó nyomáson végbemenő változásokhoz kapcsolódik. Ha a hőenergiát állandó nyomáson adjuk át, csak tágulási munka van; ezért a 2. egyenletet a következőképpen módosítjuk és felírjuk.
TdS ≥dH
Ez az egyenlet átrendezhető, hogy dH-TdS≤0 legyen. A Gibbs-szabadenergia, G kifejezéssel ez az egyenlet a következőképpen írható fel:
G=H-TS
Állandó hőmérsékleten és nyomáson a kémiai reakciók spontán módon mennek végbe a Gibbs-szabadenergia csökkenésének irányában. Ezért dG ≤0
Mi az a normál ingyenes energia?
A szabványos szabad energia a szabványos feltételek mellett meghatározott szabad energia. A szabványos feltételek a hőmérséklet, 298 K; nyomás, 1 atm vagy 101,3 kPa; és minden oldott anyag 1 M koncentrációban. A normál szabad energia jelölése Go.
Mi a különbség a Free Energy és a Standard Free Energy között?
• A kémiában a szabad energiát Gibbs-szabad energiának nevezik. Ez összefügg az állandó nyomáson végbemenő változásokkal. A szabványos szabad energia a szabványos feltételek mellett meghatározott szabad energia.
• Ezért a szabványos szabad energia 298 K hőmérsékleten és 1 atm nyomáson van megadva, de a szabad energia értéke a hőmérséklettől és a nyomástól függően változhat.
