Bezmaksas enerģija pret standarta bezmaksas enerģiju
Kas ir bezmaksas enerģija?
Termodinamiskās sistēmas darba apjoms ir zināms kā brīvā enerģija. Brīvo enerģiju var raksturot, izmantojot divus terminus: Helmholca brīvā enerģija un Gibsa brīvā enerģija. Ķīmijā, kad mēs lietojam vārdu “brīvā enerģija”, tas nozīmē Gibsa brīvo enerģiju. Fizikā brīvā enerģija attiecas uz Helmholca brīvo enerģiju. Abi termini ir aprakstīti tālāk.
Otrais termodinamikas likums ir saistīts ar entropiju, un tajā teikts: "Visuma entropija palielinās spontānā procesā." Entropija ir saistīta ar saražotā siltuma daudzumu; tas ir, cik lielā mērā enerģija ir degradēta. Bet faktiski papildu traucējumu apjoms, ko izraisa noteikts siltuma daudzums q, ir atkarīgs no temperatūras. Ja jau ir ļoti karsts, neliels papildu karstums nerada daudz lielāku nekārtību, bet, ja temperatūra ir ļoti zema, tāds pats siltuma daudzums izraisīs dramatisku traucējumu pieaugumu. Tāpēc pareizāk ir rakstīt
ds=dq/T
Lai analizētu pārmaiņu virzienu, mums ir jāņem vērā izmaiņas gan sistēmā, gan apkārtējā vidē. Sekojošā Klausiusa nevienlīdzība parāda, kas notiek, kad siltumenerģija tiek pārnesta starp sistēmu un apkārtējo vidi. (Ņemiet vērā, ka sistēma ir termiskā līdzsvarā ar apkārtējo vidi temperatūrā T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Ja sildīšana tiek veikta nemainīgā skaļumā, mēs varam uzrakstīt iepriekš minēto vienādojumu (1) šādi. Šis vienādojums izsaka spontānas reakcijas kritēriju tikai stāvokļa funkciju izteiksmē.
dS – dU/T ≥0
Vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu šādu vienādojumu.
TdS ≥dU (2. vienādojums), un tāpēc to var uzrakstīt kā
dU - TdS ≤0
Iepriekšminēto izteiksmi var vienkāršot, izmantojot terminu Helmholca enerģija, A, ko var definēt kā
A=U-TS
No iepriekšminētajiem vienādojumiem mēs varam iegūt spontānas reakcijas kritēriju, ja dA ≤0. Tas norāda, ka izmaiņas sistēmā nemainīgā temperatūrā un tilpumā ir spontānas, ja dA ≤0. Tātad izmaiņas ir spontānas, ja tās atbilst Helmholca enerģijas samazinājumam. Tāpēc šīs sistēmas pārvietojas spontāni, lai iegūtu zemāku A vērtību.
Gibsa brīvā enerģija ir saistīta ar izmaiņām, kas notiek pie pastāvīga spiediena. Kad siltumenerģija tiek pārnesta nemainīgā spiedienā, notiek tikai izplešanās darbs; tāpēc mēs modificējam un ierakstām vienādojumu 2 šādi.
TdS ≥dH
Šo vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu dH-TdS≤0. Izmantojot terminu Gibs free energy, G, šo vienādojumu var uzrakstīt šādi:
G=H-TS
Konstantā temperatūrā un spiedienā ķīmiskās reakcijas notiek spontānas Gibsa brīvās enerģijas samazināšanās virzienā. Tāpēc dG ≤0
Kas ir standarta bezmaksas enerģija?
Standarta brīvā enerģija ir brīvā enerģija, kas definēta standarta apstākļos. Standarta apstākļi ir temperatūra, 298 K; spiediens, 1 atm vai 101,3 kPa; un visas izšķīdušās vielas 1 M koncentrācijā. Standarta bezmaksas enerģija ir apzīmēta kā Go.
Kāda ir atšķirība starp bezmaksas enerģiju un standarta bezmaksas enerģiju?
• Ķīmijā brīvā enerģija tiek saukta par Gibsa brīvo enerģiju. Tas ir saistīts ar izmaiņām, kas notiek pie pastāvīga spiediena. Standarta brīvā enerģija ir brīvā enerģija, kas definēta standarta apstākļos.
• Tāpēc standarta brīvā enerģija tiek dota pie 298K temperatūras un 1 atm spiediena, bet brīvās enerģijas vērtība var mainīties atkarībā no temperatūras un spiediena.
