Bezmaksas enerģija vs Standarta bezmaksas enerģija
Kas ir Brīvā enerģija?
Darba apjoms, ko var veikt termodinamiskā sistēma, tiek dēvēts par brīvo enerģiju. Brīvo enerģiju var aprakstīt, izmantojot divus terminus - Helmholca un Gibsa brīvā enerģija. Ķīmijā, kad mēs lietojam vārdu “brīvā enerģija”, tas nozīmē Gibsa brīvo enerģiju. Fizikā brīva enerģija attiecas uz Helmholca brīvo enerģiju. Abi termini ir aprakstīti turpmāk.
Otrais termodinamikas likums ir saistīts ar entropiju, un tajā teikts: “Visuma entropija pieaug spontānā procesā”. Entropija ir saistīta ar saražotā siltuma daudzumu; tieši tādā mērā enerģija ir degradēta. Bet faktiski papildu traucējumu daudzums, ko izraisa noteikts siltuma daudzums q, ir atkarīgs no temperatūras. Ja tas jau ir ļoti karsts, nedaudz papildu siltuma nerada daudz vairāk traucējumu, bet, ja temperatūra ir ļoti zema, tas pats siltuma daudzums radīs dramatisku traucējumu pieaugumu. Tāpēc ir piemērotāk rakstīt, ds = dq / T
Lai analizētu pārmaiņu virzienu, jāņem vērā izmaiņas gan sistēmā, gan apkārtējā. Sekojošā Clausius nevienlīdzība parāda, kas notiek, kad siltuma enerģija tiek pārnesta starp sistēmu un apkārtējo. (Apsveriet, ka sistēma ir termiskā līdzsvarā ar apkārtējo temperatūrā T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Ja apkure notiek nemainīgā tilpumā, iepriekšminēto vienādojumu (1) mēs varam uzrakstīt šādi. Šis vienādojums izsaka spontānas reakcijas kritēriju tikai attiecībā uz valsts funkcijām.
dS - dU / T ≥0
Vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu šādu vienādojumu.
TdS ≥dU (2. vienādojums), un tāpēc to var rakstīt šādi
dU - TdS ≤0
Iepriekš minēto izteicienu var vienkāršot, izmantojot terminu Helmholca enerģija A, ko var definēt kā:
A = U-TS
No iepriekš minētajiem vienādojumiem mēs varam iegūt spontānas reakcijas kritēriju kā dA ≤0. Tas norāda, ka izmaiņas sistēmā nemainīgā temperatūrā un tilpumā ir spontānas, ja dA ≤0. Tātad izmaiņas ir spontānas, ja tās atbilst Helmholca enerģijas samazinājumam. Tādēļ šīs sistēmas pārvietojas spontānā ceļā, lai piešķirtu zemāku A vērtību.
Gibsa brīva enerģija ir saistīta ar izmaiņām, kas notiek pastāvīgā spiedienā. Kad siltuma enerģija tiek nodota nemainīgā spiedienā, ir tikai paplašināšanas darbi; tāpēc mēs pārveidojam un uzrakstām 2. vienādojumu šādi.
TdS ≥dH
Šo vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu dH-TdS≤0. Ar terminu Gibsa brīvā enerģija G šo vienādojumu var uzrakstīt kā
G = H-TS
Pastāvīgā temperatūrā un spiedienā ķīmiskās reakcijas ir spontānas Gibsa brīvās enerģijas samazināšanās virzienā. Tāpēc dG ≤0
Kas ir standarta bezmaksas enerģija?
Standarta brīvā enerģija ir brīvā enerģija, kas definēta standarta apstākļos. Standarta apstākļi ir temperatūra 298 K; spiediens, 1 atm vai 101,3 kPa; un visas izšķīdušās vielas 1 M koncentrācijā. Standarta brīvā enerģija tiek apzīmēta kā Go.
Kāda ir atšķirība starp bezmaksas enerģiju un standarta bezmaksas enerģiju?
• Ķīmijā brīvā enerģija tiek attiecināta uz Gibsa brīvo enerģiju. Tas ir saistīts ar izmaiņām, kas notiek pastāvīgā spiedienā. Standarta brīvā enerģija ir standarta apstākļos definētā brīvā enerģija.
• Tāpēc standarta brīvā enerģija tiek dota 298K temperatūrā un 1 atm spiedienā, bet brīvās enerģijas vērtība var mainīties atkarībā no temperatūras un spiediena.
