Ключевая разница - свободная энергия и энтальпия
Свободная энергия и энтальпия - это два термодинамических термина, используемых для объяснения взаимосвязи между тепловой энергией и химическими реакциями, происходящими в термодинамической системе. Свободная энергия или термодинамическая свободная энергия - это количество работы, которую может выполнить термодинамическая система. Другими словами, свободная энергия - это количество энергии, доступное в этой термодинамической системе для выполнения термодинамической работы. Энтальпия, с другой стороны, является термодинамической величиной, которая представляет собой полное содержание энергии в термодинамической системе. Ключевое различие между свободной энергией и энтальпией заключается в том, что свободная энергия дает полную энергию, доступную для выполнения термодинамической работы, тогда как энтальпия дает полную энергию термодинамической системы, которая может быть преобразована в тепло.
Что такое свободная энергия?
Свободная энергия - это количество энергии, доступное термодинамической системе для выполнения термодинамической работы. Свободная энергия имеет размеры энергии. Значение свободной энергии термодинамической системы определяется текущим состоянием системы; не своей историей. В термодинамике часто обсуждают два основных типа свободной энергии; Свободная энергия Гельмгольца и свободная энергия Гиббса.
Свободная энергия Гельмгольца
Свободная энергия Гельмгольца - это энергия, доступная в замкнутой термодинамической системе для выполнения термодинамической работы при постоянной температуре и объеме. Следовательно, отрицательное значение энергии Гельмгольца указывает на максимальную работу, которую термодинамическая система может выполнить, сохраняя свой объем постоянным. Чтобы сохранить объем постоянным, часть общей термодинамической работы выполняется в виде граничной работы (чтобы сохранить границу системы такой, какая она есть). Уравнение энергии Гельмгольца приведено ниже.
А=У – ТС
Где A - свободная энергия Гельмгольца, U - внутренняя энергия, T - постоянная температура, а S - энтропия системы. Энтропия - это термодинамическая величина, отражающая недоступность тепловой энергии системы для преобразования в механическую работу.
Рисунок 01: Герман фон Гельмгольц был первым, кто предложил концепцию свободной энергии Гельмгольца
Свободная энергия Гиббса:
Свободная энергия Гиббса - это энергия, доступная в замкнутой термодинамической системе для выполнения термодинамической работы при постоянной температуре и давлении. Объем системы может варьироваться. Свободная энергия обозначается буквой G. Уравнение свободной энергии Гиббса приведено ниже.
G=H – TS
В приведенном выше уравнении G - свободная энергия Гиббса, H - энтальпия системы, Y - температура, которая является константой, а S - энтропия системы.
Что такое энтальпия?
Энтальпия системы – термодинамическая величина, эквивалентная полному теплосодержанию системы. Она равна внутренней энергии системы плюс произведение давления на объем. Следовательно, это термодинамическое свойство системы. Уравнение энтальпии приведено ниже.
H=U + PV
Соответственно, H – энтальпия системы, U – внутренняя энергия системы, P – давление и V – объем. Энтальпия системы является показателем способности этой системы выделять тепло (выполнять немеханическую работу). Энтальпия обозначается символом H.
Определение энтальпии системы позволяет нам указать, является ли химическая реакция экзотермической или эндотермической. Изменение энтальпии системы можно использовать для определения теплоты реакций, а также для предсказания того, является ли химическая реакция самопроизвольной или неспонтанной.
Какова связь между свободной энергией и энтальпией?
Свободная энергия Гиббса и энтальпия связаны следующим уравнением.
G=H – TS
В приведенном выше уравнении G - свободная энергия Гиббса, H - энтальпия системы, Y - температура, которая является константой, а S - энтропия системы. И G, и H имеют одинаковые единицы измерения.
В чем разница между свободной энергией и энтальпией?
Свободная энергия против энтальпии |
|
| Свободная энергия – это количество энергии, доступное термодинамической системе для выполнения термодинамической работы. | Энтальпия системы – это термодинамическая величина, эквивалентная полному теплосодержанию системы. |
| Концепция | |
| Свободная энергия дает полную энергию, доступную для выполнения термодинамической работы. | Энтальпия дает полную энергию системы, которая может быть преобразована в тепло. |
| Конверсия | |
| Свободная энергия дает энергию, которая может быть преобразована в механическую работу системы. | Энтальпия дает энергию, которая может быть преобразована в немеханическую работу системы. |
Резюме – свободная энергия и энтальпия
Свободная энергия и энтальпия термодинамической системы представляют собой энергию, доступную в системе. Ключевое различие между свободной энергией и энтальпией заключается в том, что свободная энергия дает полную энергию, доступную для выполнения термодинамической работы, тогда как энтальпия дает полную энергию системы, которая может быть преобразована в тепло.
