Sự khác biệt giữa năng lượng miễn phí và năng lượng tự do tiêu chuẩn

Năng lượng miễn phí so với năng lượng miễn phí tiêu chuẩn

Năng lượng miễn phí là gì?

Lượng công việc mà một hệ thống nhiệt động có thể thực hiện được gọi là năng lượng tự do. Năng lượng tự do có thể được mô tả bằng hai thuật ngữ, năng lượng tự do Helmholtz và năng lượng tự do Gibbs. Trong hóa học, khi chúng ta sử dụng từ năng lượng miễn phí, có nghĩa là năng lượng tự do Gibbs. Trong vật lý, năng lượng tự do đề cập đến năng lượng tự do Helmholtz. Cả hai thuật ngữ được mô tả dưới đây.

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học có liên quan đến entropy, và nó nói rằng, entropy của vũ trụ tăng lên trong một quá trình tự phát. Entropy liên quan đến lượng nhiệt tạo ra; đó là mức độ mà năng lượng đã bị suy thoái. Nhưng, trên thực tế, lượng rối loạn thêm gây ra bởi một lượng nhiệt q nhất định phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu trời rất nóng, một chút nhiệt tăng thêm sẽ không gây ra nhiều rối loạn, nhưng nếu nhiệt độ rất thấp, cùng một lượng nhiệt sẽ gây ra sự rối loạn gia tăng đáng kể. Do đó, nó là thích hợp hơn để viết,

DS = dq / T

Để phân tích hướng thay đổi, chúng ta phải xem xét các thay đổi trong cả hệ thống và xung quanh. Bất đẳng thức Clausius sau đây cho thấy điều gì xảy ra khi năng lượng nhiệt được truyền giữa hệ thống và xung quanh. (Xem xét hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt với xung quanh ở nhiệt độ T)

dS - dq / T 0. chôn (1) 

Nếu gia nhiệt được thực hiện ở âm lượng không đổi, chúng ta có thể viết phương trình trên (1) như sau. Phương trình này biểu thị tiêu chí cho một phản ứng tự phát chỉ diễn ra dưới dạng các hàm trạng thái.

dS - dU / T 0

Phương trình có thể được sắp xếp lại để có được phương trình sau.

TdS dU (Phương trình 2), và do đó, nó có thể được viết là

dU - TdS ≤0

Biểu thức trên có thể được đơn giản hóa bằng cách sử dụng thuật ngữ năng lượng Helmholtz, A, có thể được định nghĩa là,

A = U-TS

Từ các phương trình trên, chúng ta có thể rút ra một tiêu chí cho một phản ứng tự phát là dA ≤0. Điều này nói rằng, một sự thay đổi trong một hệ thống ở nhiệt độ và âm lượng không đổi là tự phát nếu dA ≤0. Vì vậy, thay đổi là tự phát khi nó tương ứng với việc giảm năng lượng Helmholtz. Do đó, các hệ thống này di chuyển theo một con đường tự phát, để cho giá trị A thấp hơn.

Năng lượng tự do Gibbs có liên quan đến những thay đổi xảy ra ở áp suất không đổi. Khi năng lượng nhiệt được truyền ở áp suất không đổi, chỉ có công việc giãn nở; do đó, chúng tôi sửa đổi và viết phương trình 2 như sau.

TdS ≥dH

Phương trình này có thể được sắp xếp lại để đưa ra dH-TdS≤0. Với thuật ngữ năng lượng tự do Gibbs, G, phương trình này có thể được viết là,

G = H-TS

Ở nhiệt độ và áp suất không đổi, các phản ứng hóa học là tự phát theo hướng giảm năng lượng tự do Gibbs. Do đó, dG 0

Năng lượng miễn phí tiêu chuẩn là gì?

Năng lượng tự do tiêu chuẩn là năng lượng tự do được xác định ở điều kiện tiêu chuẩn. Các điều kiện tiêu chuẩn là nhiệt độ, 298 K; áp suất, 1 atm hoặc 101,3 kPa; và tất cả các chất hòa tan ở nồng độ 1 M. Năng lượng tự do tiêu chuẩn được ký hiệu là Go.

Sự khác biệt giữa năng lượng miễn phí và năng lượng tự do tiêu chuẩn là gì? • Trong hóa học, năng lượng tự do được gọi là năng lượng tự do Gibbs. Nó liên quan đến những thay đổi xảy ra ở áp suất không đổi. Năng lượng tự do tiêu chuẩn là năng lượng tự do được xác định ở điều kiện tiêu chuẩn. • Do đó, năng lượng tự do tiêu chuẩn được cung cấp ở nhiệt độ 298K và áp suất 1 atm, nhưng giá trị năng lượng tự do có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ và áp suất.