Fri energi mot standard fri energi
Hva er fri energi?
Mengden arbeid som et termodynamisk system kan utføre er kjent som fri 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 begrepene er beskrevet nedenfor.
Den andre loven om 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 energi har blitt nedbrutt. Men faktisk avhenger mengden ekstra lidelse forårsaket av en gitt mengde varme q av temperaturen. Hvis det allerede er veldig varmt, skaper ikke litt ekstra varme mye mer forstyrrelse, men hvis temperaturen er veldig lav, vil den samme mengden varme føre til en dramatisk økning i uorden. Det er derfor mer hensiktsmessig å skrive, ds = dq / T
For å analysere endringsretningen, må vi vurdere endringer i både systemet og det omkringliggende. Følgende Clausius-ulikhet viser hva som skjer når varmeenergi overføres mellom systemet og det omkringliggende. (Tenk på at systemet er i termisk likevekt med omgivelsene ved temperatur T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Hvis oppvarmingen skjer med konstant volum, kan vi skrive ligningen ovenfor (1) som følger. Denne ligningen uttrykker kriteriet for at en spontan reaksjon bare skal finne sted når det gjelder tilstandsfunksjoner.
dS - dU / T ≥0
Ligningen kan ordnes for å få følgende ligning.
TdS ≥dU (ligning 2), og det kan derfor skrives som
dU - TdS ≤0
Ovennevnte uttrykk kan forenkles ved bruk av begrepet Helmholtz energy, A, som kan defineres som, A = U-TS
Fra ovenstående ligninger 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 forandring er spontan når det tilsvarer en reduksjon i Helmholtz-energien. Derfor beveger disse systemene seg i en spontan vei for å gi lavere A-verdi.
Gibbs fri energi er relatert til endringene som skjer ved konstant trykk. Når varmeenergi overføres ved konstant trykk, er det bare ekspansjonsarbeid; Derfor endrer og skriver vi ligningen 2 som følger.
TdS ≥dH
Denne ligningen kan omorganiseres for å gi dH-TdS≤0. Med begrepet 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 fri energi. Derfor dG ≤0
Hva er standard fri energi?
Standard fri energi er fri energi definert ved standardforhold. Standardbetingelsene er temperatur, 298 K; trykk, 1 atm eller 101,3 kPa; og alle oppløste stoffer ved 1 M konsentrasjon. Standard fri energi er betegnet som Go.
Hva er forskjellen mellom fri energi og standard fri energi?
• I kjemi refereres fri energi til Gibbs fri energi. Det er relatert til endringene som skjer ved konstant trykk. Standard fri energi er fri energi definert ved standardforhold.
• Derfor gis standard fri energi ved 298K temperatur og 1 atm trykk, men verdien for fri energi kan endres avhengig av temperatur og trykk.
