Darmowa energia kontra standardowa bezpłatna energia
Co to jest darmowa energia?
Ilość pracy, jaką może wykonać system termodynamiczny, jest znana jako energia swobodna. Swobodną energię można opisać za pomocą dwóch terminów: swobodna energia Helmholtza i swobodna energia Gibbsa. W chemii, kiedy używamy słowa „darmowa energia”, oznacza to darmową energię Gibbsa. W fizyce energia swobodna odnosi się do energii swobodnej Helmholtza. Oba terminy są opisane poniżej.
Drugie prawo termodynamiki jest związane z entropią i mówi: „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 bałaganu, ale jeśli temperatura jest bardzo niska, ta sama ilość ciepła spowoduje dramatyczny wzrost bałaganu. Dlatego lepiej jest napisać
ds=dq/T
Aby przeanalizować kierunek zmian, musimy wziąć pod uwagę zmiany zarówno w systemie, jak i otoczeniu. Poniższa nierówność Clausiusa pokazuje, co się dzieje, gdy energia cieplna jest przekazywana między systemem a otoczeniem. (Uwzględnij, że system jest w równowadze termicznej z otoczeniem w temperaturze T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Jeżeli ogrzewanie odbywa się przy stałej objętości, powyższe równanie (1) możemy zapisać w następujący sposób. To równanie wyraża kryterium zajścia spontanicznej reakcji wyłącznie w kategoriach funkcji stanu.
dS – dU/T ≥0
Równanie można zmienić, aby uzyskać następujące równanie.
TdS ≥dU (równanie 2), a zatem można je zapisać jako
dU – TdS ≤0
Powyższe wyrażenie można uprościć za pomocą terminu energia Helmholtza, A, który można zdefiniować jako
A=U-TS
Z powyższych równań możemy wyprowadzić kryterium spontanicznej reakcji jako dA ≤0. Oznacza to, że zmiana w układzie w stałej temperaturze i objętości jest spontaniczna, jeśli dA ≤0. Tak więc zmiana jest spontaniczna, gdy odpowiada spadkowi energii Helmholtza. Dlatego te systemy poruszają się po torze spontanicznym, dając niższą wartość A.
Swobodna energia Gibbsa jest związana ze zmianami zachodzącymi przy stałym ciśnieniu. Gdy energia cieplna jest przekazywana pod stałym ciśnieniem, występuje tylko praca rozprężna; dlatego modyfikujemy i zapisujemy równanie 2 w następujący sposób.
TdS ≥dH
To równanie można przestawić, aby otrzymać dH-TdS≤0. Używając terminu energia swobodna Gibbsa, G, równanie to można zapisać jako
G=H-TS
Przy stałej temperaturze i ciśnieniu reakcje chemiczne są spontaniczne w kierunku malejącej energii swobodnej Gibbsa. Dlatego dG ≤0
Co to jest standardowa darmowa energia?
Standardowa energia bezpłatna to energia bezpłatna zdefiniowana 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 energia bezpłatna jest oznaczona jako Go.
Jaka jest różnica między darmową energią a standardową darmową energią?
• W chemii energia swobodna jest określana jako energia swobodna Gibbsa. Wiąże się to ze zmianami zachodzącymi pod stałą presją. Standardowa energia bezpłatna to energia bezpłatna określona w warunkach standardowych.
• Dlatego standardowa energia swobodna jest podawana przy temperaturze 298K i ciśnieniu 1 atm, ale wartość energii swobodnej może się zmieniać w zależności od temperatury i ciśnienia.
