Nemokama energija vs standartinė nemokama energija
Kas yra laisva energija?
Darbo kiekis, kurį gali atlikti termodinaminė sistema, vadinamas laisva energija. Laisvoji energija gali būti apibūdinta naudojant du terminus: Helmholtzo laisva energija ir Gibbso laisva energija. Chemijoje, kai vartojame žodį „laisva energija“, tai reiškia laisvą Gibbso energiją. Fizikoje laisva energija reiškia laisvą Helmholco energiją. Abu terminai aprašyti toliau.
Antrasis termodinamikos dėsnis yra susijęs su entropija ir sako: „Visatos entropija didėja spontaniškai. Entropija yra susijusi su pagamintos šilumos kiekiu; tai yra energijos degradacijos mastas. Tačiau iš tikrųjų papildomų sutrikimų, kuriuos sukelia tam tikras šilumos kiekis q, kiekis priklauso nuo temperatūros. Jei jau labai karšta, šiek tiek papildomo karščio nesukelia daug daugiau netvarkos, tačiau jei temperatūra labai žema, toks pat šilumos kiekis smarkiai padidins netvarką. Todėl tikslingiau rašyti
ds=dq/T
Norėdami analizuoti pokyčių kryptį, turime atsižvelgti į pokyčius tiek sistemoje, tiek aplinkoje. Ši Klausijaus nelygybė parodo, kas atsitinka, kai šilumos energija perduodama tarp sistemos ir aplinkos. (Laikykite, kad sistema yra šiluminėje pusiausvyroje su aplinka esant temperatūrai T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Jei kaitinama esant pastoviam tūriui, aukščiau pateiktą lygtį (1) galime parašyti taip. Ši lygtis išreiškia spontaniškos reakcijos kriterijų tik pagal būsenos funkcijas.
dS – dU/T ≥0
Lygtį galima pertvarkyti ir gauti tokią lygtį.
TdS ≥dU (2 lygtis), todėl ją galima parašyti kaip
dU – TdS ≤0
Aukščiau pateiktą išraišką galima supaprastinti naudojant terminą Helmholtzo energija A, kurį galima apibrėžti kaip
A=U-TS
Iš aukščiau pateiktų lygčių galime išvesti spontaniškos reakcijos kriterijų, kai dA ≤0. Tai teigia, kad sistemos pokytis esant pastoviai temperatūrai ir tūriui yra savaiminis, jei dA ≤0. Taigi pokytis yra spontaniškas, kai jis atitinka Helmholtzo energijos sumažėjimą. Todėl šios sistemos juda spontaniškai, kad suteiktų mažesnę A reikšmę.
Gibbs laisva energija yra susijusi su pokyčiais, vykstančiais esant pastoviam slėgiui. Kai šilumos energija perduodama esant pastoviam slėgiui, vyksta tik plėtimosi darbas; todėl 2 lygtį modifikuojame ir užrašome taip.
TdS ≥dH
Šią lygtį galima pertvarkyti taip, kad būtų gauta dH-TdS≤0. Naudojant terminą Gibso laisva energija, G, šią lygtį galima parašyti kaip
G=H-TS
Esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, cheminės reakcijos vyksta spontaniškai ir mažėja Gibso laisvoji energija. Todėl dG ≤0
Kas yra standartinė nemokama energija?
Standartinė nemokama energija yra laisva energija, apibrėžta standartinėmis sąlygomis. Standartinės sąlygos yra temperatūra, 298 K; slėgis, 1 atm arba 101,3 kPa; ir visos tirpios medžiagos, kurių koncentracija yra 1 M. Standartinė nemokama energija žymima kaip Go.
Kuo skiriasi nemokama energija nuo standartinės nemokamos energijos?
• Chemijoje laisva energija vadinama laisva Gibso energija. Tai susiję su pokyčiais, vykstančiais esant pastoviam slėgiui. Standartinė nemokama energija yra laisva energija, apibrėžta standartinėmis sąlygomis.
• Todėl standartinė laisva energija pateikiama esant 298K temperatūrai ir 1 atm slėgiui, tačiau laisvosios energijos vertė gali kisti priklausomai nuo temperatūros ir slėgio.
