Бесплатная энергия и стандартная бесплатная энергия
Что такое Бесплатная энергия?
Объем работы, которую может выполнить термодинамическая система, известен как свободная энергия. Свободная энергия может быть описана двумя терминами: свободной энергией Гельмгольца и свободной энергией Гиббса. В химии, когда мы используем слово «свободная энергия», это означает свободную энергию Гиббса. В физике свободная энергия относится к свободной энергии Гельмгольца. Оба термина описаны ниже.
Второй закон термодинамики связан с энтропией и гласит: «энтропия Вселенной увеличивается в самопроизвольном процессе». Энтропия связана с количеством выделяемого тепла; это степень деградации энергии. Но на самом деле количество дополнительного беспорядка, вызванного данным количеством тепла q, зависит от температуры. Если уже очень жарко, немного лишнего тепла не создаст гораздо большего беспорядка, но если температура очень низкая, такое же количество тепла вызовет резкое увеличение беспорядка. Поэтому более уместно писать
ds=dq/T
Чтобы проанализировать направление изменений, мы должны рассмотреть изменения как в системе, так и в окружающей среде. Следующее неравенство Клаузиуса показывает, что происходит, когда тепловая энергия передается между системой и окружающей средой. (Считать, что система находится в тепловом равновесии с окружающей средой при температуре T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Если нагрев осуществляется при постоянном объеме, мы можем записать приведенное выше уравнение (1) следующим образом. Это уравнение выражает критерий самопроизвольной реакции только в терминах функций состояния.
dS – dU/T ≥0
Уравнение можно изменить, чтобы получить следующее уравнение.
TdS ≥dU (уравнение 2), поэтому его можно записать как
dU – TdS ≤0
Вышеприведенное выражение можно упростить, используя термин энергия Гельмгольца, A, которую можно определить как
A=У-ТС
Из приведенных выше уравнений мы можем вывести критерий спонтанной реакции как dA ≤0. Это означает, что изменение в системе при постоянной температуре и объеме происходит самопроизвольно, если dA ≤0. Таким образом, изменение является спонтанным, когда оно соответствует уменьшению энергии Гельмгольца. Следовательно, эти системы движутся по спонтанному пути, чтобы дать более низкое значение A.
Свободная энергия Гиббса связана с изменениями, происходящими при постоянном давлении. Когда тепловая энергия передается при постоянном давлении, происходит только работа расширения; поэтому мы модифицируем и запишем уравнение 2 следующим образом.
TdS ≥dH
Это уравнение можно изменить, чтобы получить dH-TdS≤0. С термином свободная энергия Гиббса, G, это уравнение может быть записано как
G=H-TS
При постоянной температуре и давлении химические реакции идут самопроизвольно в направлении уменьшения свободной энергии Гиббса. Следовательно, dG ≤0
Что такое стандартная свободная энергия?
Стандартная свободная энергия – это свободная энергия, определенная при стандартных условиях. Стандартные условия: температура 298 К; давление 1 атм или 101,3 кПа; и все растворенные вещества в концентрации 1 М. Стандартная свободная энергия обозначается как Go.
В чем разница между бесплатной энергией и стандартной бесплатной энергией?
• В химии свободная энергия называется свободной энергией Гиббса. Это связано с изменениями, происходящими при постоянном давлении. Стандартная свободная энергия - это свободная энергия, определенная при стандартных условиях.
• Таким образом, стандартная свободная энергия дана при температуре 298K и давлении 1 атм, но значение свободной энергии может меняться в зависимости от температуры и давления.
