Atšķirība starp bezmaksas enerģiju un standarta bezmaksas enerģiju

Bezmaksas enerģija salīdzinājumā ar standarta bezmaksas enerģiju

Kas ir brīvā enerģija?

Darba apjomu, ko var veikt termodinamiskā sistēma, sauc par brīvo enerģiju. Brīvo enerģiju var aprakstīt, izmantojot divus terminus: Helmholtz bezmaksas enerģiju un Gibbs bezmaksas enerģiju. Ķīmijā, kad mēs lietojam vārdu “bezmaksas enerģija”, tas nozīmē Gibsa brīvo enerģiju. Fizikā brīvā enerģija attiecas uz Helmholtz brīvo enerģiju. Abi termini ir aprakstīti zemāk.

Otrais termodinamikas likums ir saistīts ar entropiju, un tas saka: “Visuma entropija palielinās spontānā procesā”. Entropija ir saistīta ar saražotā siltuma daudzumu; tas ir enerģijas degradācijas pakāpe. Bet faktiski papildu traucējumu daudzums, ko izraisa dotais 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, tāds pats siltuma daudzums radīs dramatisku traucējumu palielināšanos. Tāpēc pareizāk ir rakstīt,

ds = dq / T

Lai analizētu pārmaiņu virzienu, mums jāapsver izmaiņas gan sistēmā, gan apkārtējā vidē. Sekojošā Clausius nevienādība parāda, kas notiek, kad siltuma enerģija tiek pārnesta starp sistēmu un apkārtējo. (Ņemiet vērā, ka temperatūra T ir termiskā līdzsvarā ar apkārtējo temperatūrā T)

dS - dq / T ≥0.… (1) 

Ja sildīšana tiek veikta nemainīgā tilpumā, mēs varam uzrakstīt iepriekš minēto vienādojumu (1) šādi. Šis vienādojums izsaka spontānas reakcijas kritēriju tikai stāvokļa funkcijām.

dS - dU / T ≥0

Vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu šādu vienādojumu.

TdS ≥dU (2. vienādojums), un tāpēc to var uzrakstīt kā

dU - TdS ≤0

Iepriekš minēto izteicienu var vienkāršot, izmantojot terminu Helmholtz energy A, ko var definēt kā,

A = U-TS

No iepriekšminētajiem vienādojumiem mēs varam iegūt spontānas reakcijas kritēriju kā dA ≤0. Tas norāda, ka izmaiņas sistēmā pastāvīgā temperatūrā un tilpumā notiek spontāni, ja dA ≤0. Tātad izmaiņas notiek spontāni, kad tās atbilst Helmholtz enerģijas samazinājumam. Tāpēc šīs sistēmas pārvietojas spontāni, lai iegūtu zemāku A vērtību.

Gibbsa brīvā enerģija ir saistīta ar izmaiņām, kas notiek pie pastāvīga spiediena. Kad siltuma enerģija tiek nodota pastāvīgā spiedienā, notiek tikai izplešanās darbs; tāpēc mēs modificējam un uzrakstam 2. vienādojumu šādi.

TdS ≥dH

Šo vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu dH-TdS≤0. Ar terminu Gibbs brīvā enerģija, G, šo vienādojumu var uzrakstīt kā,

G = H-TS

Pastāvīgā temperatūrā un spiedienā ķīmiskās reakcijas notiek spontāni 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 visi izšķīdinātie koncentrācijā 1 M. Standarta bezmaksas enerģija tiek apzīmēta kā Go.

Kāda ir atšķirība starp bezmaksas enerģiju un standarta bezmaksas enerģiju? • Ķīmijā brīvo enerģiju sauc par Gibsa brīvo enerģiju. Tas ir saistīts ar izmaiņām, kas notiek pie pastāvīga spiediena. Standarta brīvā enerģija ir brīvā enerģija, kas definēta standarta apstākļos. • Tāpēc standarta brīvā enerģija tiek piešķirta 298 K temperatūrā un 1 atm spiedienā, bet brīvās enerģijas vērtība var mainīties atkarībā no temperatūras un spiediena.