Darmowa energia vs standardowa darmowa energia
Co to jest darmowa energia?
Ilość pracy, jaką może wykonać system termodynamiczny, nazywana jest darmową energią. Wolną energię można opisać dwoma terminami: energia swobodna Helmholtza i energia swobodna Gibbsa. W chemii słowo „darmowa energia” oznacza darmową energię Gibbsa. W fizyce energia swobodna odnosi się do energii swobodnej Helmholtza. Oba terminy opisano poniżej.
Druga zasada termodynamiki jest związana z entropią i mówi, że „entropia wszechświata wzrasta w procesie spontanicznym”. Entropia jest związana z ilością wytworzonego ciepła; to jest stopień, w jakim energia została zdegradowana. Ale w rzeczywistości ilość dodatkowego nieporządku spowodowanego przez daną ilość ciepła q zależy od temperatury. Jeśli jest już bardzo gorąco, odrobina dodatkowego ciepła nie powoduje większego nieładu, ale jeśli temperatura jest bardzo niska, ta sama ilość ciepła spowoduje dramatyczny wzrost nieporządku. Dlatego lepiej jest napisać:
ds = dq / T
Aby przeanalizować kierunek zmian, musimy wziąć pod uwagę zmiany zarówno w systemie, jak iw otoczeniu. Poniższa nierówność Clausiusa pokazuje, co się dzieje, gdy energia cieplna jest przenoszona między systemem a otoczeniem. (Weź pod uwagę, że system jest w równowadze termicznej z otoczeniem w temperaturze T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Jeśli ogrzewanie odbywa się przy stałej objętości, powyższe równanie (1) możemy zapisać w następujący sposób. To równanie wyraża kryterium spontanicznej reakcji, która ma miejsce tylko w kategoriach funkcji stanu.
dS - dU / T ≥0
Równanie można zmienić, aby otrzymać następujące równanie.
TdS ≥dU (równanie 2), a zatem można go zapisać jako
dU - TdS ≤0
Powyższe wyrażenie można uprościć używając terminu energia Helmholtza A, którą można zdefiniować jako
A = U-TS
Z powyższych równań możemy wyprowadzić kryterium spontanicznej reakcji jako dA ≤0. Oznacza to, że zmiana w systemie przy stałej temperaturze i objętości jest spontaniczna, jeśli dA ≤0. Zatem zmiana jest spontaniczna, gdy odpowiada spadkowi energii Helmholtza. Dlatego te systemy poruszają się spontanicznie, dając niższą wartość A.
Energia swobodna Gibbsa jest związana ze zmianami zachodzącymi pod stałym ciśnieniem. Gdy energia cieplna jest przenoszona pod stałym ciśnieniem, zachodzi tylko praca rozprężania; dlatego też modyfikujemy i zapisujemy równanie 2 w następujący sposób.
TdS ≥dH
To równanie można zmienić, aby uzyskać dH-TdS≤0. Dzięki określeniu energia swobodna Gibbsa, G, równanie to można zapisać jako:
G = H-TS
Przy stałej temperaturze i ciśnieniu reakcje chemiczne zachodzą spontanicznie w kierunku malejącej energii swobodnej Gibbsa. Dlatego dG ≤0
Co to jest standardowa darmowa energia?
Bezpłatna energia standardowa to darmowa energia określona w warunkach standardowych. Standardowe warunki to temperatura 298 K; ciśnienie, 1 atm lub 101,3 kPa; i wszystkie substancje rozpuszczone w stężeniu 1 M. Standardowa darmowa energia jest oznaczona jako Go.
Jaka jest różnica między darmową energią a standardową darmową energią?
• W chemii energia swobodna jest określana jako energia swobodna Gibbsa. Jest to związane ze zmianami zachodzącymi pod stałą presją. Bezpłatna energia standardowa to darmowa energia określona w warunkach standardowych.
• Dlatego też standardowa darmowa energia jest podawana przy temperaturze 298K i ciśnieniu 1 atm, ale wartość darmowej energii może się zmieniać w zależności od temperatury i ciśnienia.
