Năng lượng Miễn phí so với Năng lượng Miễn phí Tiêu chuẩn
Năng lượng miễn phí là gì?
Lượng công mà hệ nhiệt động lực học có thể thực hiện được gọi là năng lượng tự do. Năng lượng miễn phí 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 tự do" có nghĩa là năng lượng miễn phí Gibbs. Trong vật lý, năng lượng tự do dùng để chỉ năng lượng tự do Helmholtz. Cả hai thuật ngữ đều được mô tả bên dưới.
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học liên quan đến entropi, và nó nói, "entropy của vũ trụ tăng lên trong một quá trình tự phát." Entropy liên quan đến lượng nhiệt sinh ra; đó là mức độ mà năng lượng đã bị suy giảm. Nhưng, trên thực tế, lượng rối loạn phụ do một lượng nhiệt q cho trước phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu trời đã rất nóng, một chút nhiệt tăng thêm không tạo ra rối loạn nhiều hơn, nhưng nếu nhiệt độ rất thấp, cùng một lượng nhiệt sẽ gây ra rối loạn tăng mạnh. Do đó, thích hợp hơn khi viết, ds=dq / T
Để phân tích hướng thay đổi, chúng ta phải xem xét những thay đổi trong cả hệ thống và môi trường xung quanh. Bất đẳng thức Clausius sau đây cho thấy điều gì xảy ra khi nhiệt năng được truyền giữa hệ và xung quanh. (Coi hệ đang ở trạng thái cân bằng nhiệt với xung quanh ở nhiệt độ T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Nếu đun nóng ở khối lượng không đổi, ta có thể viết phương trình trên (1) như sau. Phương trình này biểu thị tiêu chí cho một phản ứng tự phát chỉ xảy ra về mặt chức năng trạng thái.
dS - dU / T ≥0
Phương trình có thể được sắp xếp lại để có 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 suy ra tiêu chí cho phản ứng tự phát là dA ≤0. Điều này nói lên rằng, sự thay đổi trong hệ thống ở nhiệt độ và thể tích không đổi là tự phát nếu dA ≤0. Vì vậy, sự thay đổi là tự phát khi nó tương ứng với sự giảm năng lượng của Helmholtz. Do đó, các hệ thống này di chuyển theo con đường tự phát, để cung cấp giá trị A thấp hơn.
Năng lượng tự doGibbs liên quan đến những thay đổi xảy ra ở áp suất không đổi. Khi truyền nhiệt năng ở áp suất không đổi thì chỉ có công nở ra; 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 có dH-TdS≤0. Với thuật ngữ năng lượng tự do Gibbs, G, phương trình này có thể được viết dưới dạng, G=H-TS
Ở nhiệt độ và áp suất không đổi, các phản ứng hóa học xảy ra 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 các 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 tan ở nồng độ 1 M. Năng lượng miễn phí tiêu chuẩn được ký hiệu là Go.
Sự khác biệt giữa Năng lượng Miễn phí và Năng lượng Miễn phí 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.
