Разлика между безплатна енергия и стандартна безплатна енергия

Безплатна енергия срещу стандартна безплатна енергия

Какво е Безплатна енергия?

Обемът на работата, която термодинамичната система може да извърши, е известен като свободна енергия. Свободната енергия може да бъде описана с два термина, свободна енергия на Хелмхолц и безплатна енергия на Гибс. В химията, когато използваме думата „безплатна енергия“, която означава Гибс безплатна енергия. Във физиката свободната енергия се отнася до свободната енергия на Хелмхолц. И двата термина са описани по-долу.

Вторият закон на термодинамиката е свързан с ентропията и казва: „ентропията на Вселената се увеличава при спонтанен процес.“ Ентропията е свързана с количеството генерирана топлина; това е степента, в която енергията е била влошена. Но всъщност количеството допълнително разстройство, причинено от дадено количество топлина q, зависи от температурата. Ако вече е много горещо, малко допълнителна топлина не създава много повече разстройство, но ако температурата е много ниска, същото количество топлина ще предизвика драстично увеличение на разстройството. Следователно е по-подходящо да се пише,

DS = DQ / T

За да анализираме посоката на промяна, трябва да разгледаме промените както в системата, така и в заобикалящата я среда. Следващото неравенство на Клаузий показва какво се случва, когато топлинната енергия се прехвърля между системата и околните. (Помислете, че системата е в топлинно равновесие с околните при температура Т)

dS - dq / T ≥0.… (1) 

Ако отоплението се извършва с постоянен обем, можем да напишем горното уравнение (1), както следва. Това уравнение изразява критерия за протичане на спонтанна реакция само по отношение на функциите на държавата.

dS - dU / T ≥0

Уравнението може да се пренареди, за да получи следното уравнение.

TdS ≥dU (уравнение 2), и следователно може да се запише като

dU - TdS ≤0

Горният израз може да бъде опростен с използването на термина Helmholtz energy, A, който може да се определи като,

A = U-TS

От горните уравнения можем да извлечем критерий за спонтанна реакция като dA ≤0. Това заявява, че промяна в системата при постоянна температура и обем е спонтанна, ако dA ≤0. Така че промяната е спонтанна, когато съответства на намаляване на енергията на Хелмхолц. Следователно тези системи се движат по спонтанен път, за да дадат по-ниска стойност на А.

Свободната енергия на Gibbs е свързана с промените, случващи се при постоянно налягане. Когато топлинната енергия се прехвърля при постоянно налягане, работи само разширяване; следователно ние модифицираме и запишем уравнението 2 по следния начин.

TdS ≥dH

Това уравнение може да се пренареди, за да даде DH-TdS≤0. С термина Gibbs свободна енергия, G, това уравнение може да се запише като,

G = H-TS

При постоянна температура и налягане химичните реакции са спонтанни в посока на намаляване на свободната енергия на Gibbs. Следователно, dG ≤0

Какво е стандартна безплатна енергия?

Стандартната свободна енергия е свободната енергия, определена при стандартни условия. Стандартните условия са температура, 298 К; налягане, 1 атм или 101,3 kPa; и всички разтвори в 1М концентрация. Стандартната безплатна енергия се обозначава като Go.

Каква е разликата между безплатна енергия и стандартна безплатна енергия? • В химията безплатната енергия се нарича свободна енергия на Гибс. Той е свързан с промените, случващи се при постоянно налягане. Стандартната свободна енергия е свободната енергия, определена при стандартни условия. • Следователно стандартната безплатна енергия се дава при температура 298К и налягане 1 атм, но стойността на свободната енергия може да се променя в зависимост от температурата и налягането.