Forskel mellem fri energi og standard fri energi

Fri energi vs standard fri energi

Hvad er fri energi?

Mængden af ​​arbejde, som et termodynamisk system kan udføre, kaldes fri energi. Fri energi kan beskrives ved hjælp af to udtryk, Helmholtz fri energi og Gibbs fri energi. I kemi, når vi bruger ordet "fri energi", betyder det Gibbs fri energi. I fysik refererer fri energi til Helmholtz fri energi. Begge udtryk er beskrevet nedenfor.

Den anden lov om termodynamik er relateret til entropi, og den siger, "universets entropi stiger i en spontan proces." Entropi er relateret til mængden af ​​genereret varme; det er i hvilket omfang energi er blevet nedbrudt. Men faktisk afhænger mængden af ​​ekstra forstyrrelse forårsaget af en given mængde varme q af temperaturen. Hvis det allerede er meget varmt, skaber en smule ekstra varme ikke meget mere forstyrrelse, men hvis temperaturen er meget lav, vil den samme mængde varme medføre en dramatisk stigning i forstyrrelsen. Det er derfor mere passende at skrive,

ds = dq / T

For at analysere ændringsretningen er vi nødt til at overveje ændringer i både system og omgivelser. Følgende Clausius-ulighed viser, hvad der sker, når varmeenergi overføres mellem systemet og det omkringliggende. (Overvej, at systemet er i termisk ligevægt med omgivelserne ved temperatur T)

dS - dq / T ≥0.… (1) 

Hvis opvarmningen udføres med konstant volumen, kan vi skrive ovenstående ligning (1) som følger. Denne ligning udtrykker kriteriet for, at en spontan reaktion kun finder sted med hensyn til tilstandsfunktioner.

dS - dU / T ≥0

Ligningen kan omarrangeres for at få følgende ligning.

TdS ≥dU (Ligning 2), og derfor kan det skrives som

dU - TdS ≤0

Ovenstående udtryk kan forenkles ved anvendelse af udtrykket Helmholtz energi, A, som kan defineres som,

A = U-TS

Fra de ovennævnte ligninger kan vi udlede et kriterium for en spontan reaktion som dA ≤0. Dette siger, at en ændring i et system ved konstant temperatur og volumen er spontan, hvis dA ≤0. Så ændring er spontan, når den svarer til et fald i Helmholtz-energien. Derfor bevæger disse systemer sig i en spontan sti for at give en lavere A-værdi.

Gibbs fri energi er relateret til ændringerne, der sker ved konstant tryk. Når varmeenergi overføres ved konstant tryk, er der kun ekspansionsarbejde; derfor ændrer vi og skriver ligningen 2 som følger.

TdS ≥dH

Denne ligning kan omarrangeres for at give dH-TdS≤0. Med udtrykket Gibbs fri energi, G, kan denne ligning skrives som,

G = H-TS

Ved konstant temperatur og tryk er kemiske reaktioner spontane i retning af faldende Gibbs fri energi. Derfor er dG ≤0

Hvad er standard fri energi?

Standard fri energi er den frie energi, der er defineret ved standardbetingelser. Standardbetingelserne er temperatur, 298 K; tryk, 1 atm eller 101,3 kPa; og alle opløste stoffer ved 1 M koncentration. Standard fri energi betegnes som Go.

Hvad er forskellen mellem fri energi og standard fri energi? • I kemi henvises fri energi til Gibbs fri energi. Det hænger sammen med de ændringer, der sker ved konstant pres. Standard fri energi er den frie energi defineret ved standardbetingelser. • Derfor gives standard fri energi ved 298K temperatur og 1 atm tryk, men den frie energi værdi kan ændre sig afhængigt af temperaturen og trykket.