Besplatna energija vs standardna besplatna energija
Što je slobodna energija?
Količina posla koju termodinamički sustav može obaviti poznata je pod nazivom slobodna energija. Besplatna energija može se opisati pomoću dva izraza, Helmholtzova besplatna energija i Gibbsova besplatna energija. U kemiji, kada koristimo riječ "slobodna energija", što znači Gibbsovu slobodnu energiju. U fizici se slobodna energija odnosi na Helmholtzovu slobodnu energiju. Oba su pojma opisana u nastavku.
Drugi zakon termodinamike povezan je s entropijom i kaže: "entropija svemira raste u spontanom procesu." Entropija je povezana s količinom proizvedene topline; to je mjera u kojoj je energija razgrađena. Ali, zapravo, količina dodatnih poremećaja uzrokovanih određenom količinom topline q ovisi o temperaturi. Ako je već vrlo vruće, malo dodatne vrućine ne stvara puno više nereda, ali ako je temperatura vrlo niska, ista količina topline uzrokovat će dramatično povećanje poremećaja. Stoga je prikladnije napisati,
ds = dq / T
Da bismo analizirali smjer promjena, moramo uzeti u obzir promjene kako u sustavu tako i u okruženju. Sljedeća Klausijeva nejednakost pokazuje što se događa kada se toplinska energija prenosi između sustava i okoline. (Uzmite u obzir da je sustav u toplinskoj ravnoteži s okolinom na temperaturi T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Ako se grijanje vrši konstantnom glasnoćom, gornju jednadžbu (1) možemo napisati kako slijedi. Ova jednadžba izražava kriterij da se spontana reakcija odvija samo u smislu državnih funkcija.
dS - dU / T ≥0
Jednadžba se može preurediti da se dobije sljedeća jednadžba.
TdS ≥dU (jednadžba 2), pa se stoga može zapisati kao
dU - TdS ≤0
Gornji izraz može se pojednostaviti uporabom izraza Helmholtzova energija, A, koji se može definirati kao, A = U-TS
Iz gornjih jednadžbi možemo izvesti kriterij za spontanu reakciju kao dA ≤0. To navodi da je promjena sustava pri konstantnoj temperaturi i volumenu spontana ako je dA ≤0. Dakle, promjena je spontana kada odgovara smanjenju Helmholtzove energije. Stoga se ti sustavi kreću spontanim putem, dajući nižu A vrijednost.
Gibbsova slobodna energija povezana je s promjenama koje se događaju pod stalnim tlakom. Kada se toplinska energija prenosi pod stalnim tlakom, postoji samo posao širenja; stoga mijenjamo i zapisujemo jednadžbu 2 kako slijedi.
TdS ≥dH
Ova se jednadžba može preurediti tako da dobije dH-TdS≤0. Uz pojam Gibbsove slobodne energije, G, ova se jednadžba može zapisati kao, G = H-TS
Pri konstantnoj temperaturi i tlaku kemijske reakcije su spontane u smjeru smanjenja Gibbsove slobodne energije. Stoga je dG ≤0
Što je standardna besplatna energija?
Standardna besplatna energija je besplatna energija definirana u standardnim uvjetima. Standardni uvjeti su temperatura, 298 K; tlak, 1 atm ili 101,3 kPa; i sve otopljene tvari u koncentraciji od 1 M. Standardna besplatna energija označava se kao Go.
Koja je razlika između besplatne energije i standardne besplatne energije?
• U kemiji se slobodna energija odnosi na Gibbsovu slobodnu energiju. Povezan je s promjenama koje se događaju pod stalnim pritiskom. Standardna besplatna energija je besplatna energija definirana u standardnim uvjetima.
• Stoga se standardna besplatna energija daje pri temperaturi od 298 K i tlaku od 1 atm, ali vrijednost besplatne energije može se mijenjati ovisno o temperaturi i tlaku.
