Gratis energi vs standard gratis energi
Hva er gratis energi?
Mengden arbeid et termodynamisk system kan utføre er kjent som gratis energi. Fri energi kan beskrives ved hjelp av to termer, Helmholtz fri energi og Gibbs fri energi. I kjemi, når vi bruker ordet "fri energi", betyr det Gibbs fri energi. I fysikk refererer fri energi til Helmholtz fri energi. Begge termene er beskrevet nedenfor.
Den andre loven for termodynamikk er relatert til entropi, og den sier: "universets entropi øker i en spontan prosess." Entropi er relatert til mengden varme som genereres; det er i hvilken grad energien har blitt degradert. Men faktisk avhenger mengden ekstra forstyrrelse forårsaket av en gitt mengde varme q av temperaturen. Hvis det allerede er veldig varmt, skaper ikke litt ekstra varme mye mer uorden, men hvis temperaturen er veldig lav vil samme mengde varme gi en dramatisk økning i uorden. Det er derfor mer passende å skrive
ds=dq/T
For å analysere endringsretningen, må vi vurdere endringer i både systemet og omgivelsene. Følgende Clausius-ulikhet viser hva som skjer når varmeenergi overføres mellom systemet og omgivelsene. (Tenk på at systemet er i termisk likevekt med omgivelsene ved temperatur T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Hvis oppvarmingen gjøres med konstant volum, kan vi skrive ligningen (1) ovenfor som følger. Denne ligningen uttrykker kriteriet for at en spontan reaksjon skal finne sted kun i form av tilstandsfunksjoner.
dS – dU/T ≥0
Ligningen kan omorganiseres for å få følgende ligning.
TdS ≥dU (ligning 2), og derfor kan den skrives som
dU – TdS ≤0
Uttrykket ovenfor kan forenkles ved bruk av begrepet Helmholtz energi, A, som kan defineres som, A=U-TS
Fra ligningene ovenfor kan vi utlede et kriterium for en spontan reaksjon som dA ≤0. Dette sier at en endring i et system ved konstant temperatur og volum er spontan hvis dA ≤0. Så endring er spontan når den tilsvarer en reduksjon i Helmholtz-energien. Derfor beveger disse systemene seg i en spontan bane for å gi lavere A-verdi.
Gibbs frie energi er relatert til endringene som skjer ved konstant trykk. Når varmeenergi overføres ved konstant trykk, er det kun ekspansjonsarbeid; derfor modifiserer og skriver vi ligning 2 som følger.
TdS ≥dH
Denne ligningen kan omorganiseres for å gi dH-TdS≤0. Med uttrykket Gibbs fri energi, G, kan denne ligningen skrives som
G=H-TS
Ved konstant temperatur og trykk er kjemiske reaksjoner spontane i retning av å redusere Gibbs frie energi. Derfor, dG ≤0
Hva er standard gratis energi?
Standard gratis energi er den frie energien definert ved standardforhold. Standardforholdene er temperatur, 298 K; trykk, 1 atm eller 101,3 kPa; og alle oppløste stoffer ved 1 M konsentrasjon. Standard gratis energi er merket som Go.
Hva er forskjellen mellom gratis energi og standard gratis energi?
• I kjemi er fri energi referert til Gibbs fri energi. Det er relatert til endringene som skjer ved konstant trykk. Standard gratis energi er den gratis energien som er definert ved standardforhold.
• Derfor gis standard gratis energi ved 298K temperatur og 1 atm trykk, men gratisenergiverdien kan endres avhengig av temperatur og trykk.
