Verschil tussen gratis energie en standaard gratis energie

Gratis energie versus standaard gratis energie

Wat is vrije energie?

De hoeveelheid werk die een thermodynamisch systeem kan uitvoeren, staat bekend als vrije energie. Vrije energie kan worden beschreven met behulp van twee termen, Helmholtz-vrije energie en Gibbs-vrije energie. In de chemie, wanneer we het woord "vrije energie" gebruiken, betekent dat Gibbs vrije energie. In de fysica verwijst vrije energie naar vrije energie van Helmholtz. Beide termen worden hieronder beschreven.

De tweede wet van de thermodynamica houdt verband met entropie, en er staat: "de entropie van het universum neemt toe in een spontaan proces." Entropie houdt verband met de hoeveelheid opgewekte warmte; dat is de mate waarin energie is aangetast. Maar in feite hangt de hoeveelheid extra stoornis veroorzaakt door een bepaalde hoeveelheid warmte q af van de temperatuur. Als het al erg heet is, veroorzaakt een beetje extra warmte niet veel meer wanorde, maar als de temperatuur erg laag is, veroorzaakt dezelfde hoeveelheid warmte een dramatische toename van de stoornis. Het is daarom beter om te schrijven,

ds = dq / T

Om de richting van verandering te analyseren, moeten we veranderingen in zowel het systeem als de omgeving in overweging nemen. De volgende Clausius-ongelijkheid laat zien wat er gebeurt wanneer warmte-energie wordt overgedragen tussen het systeem en de omgeving. (Overweeg dat het systeem in thermisch evenwicht is met de omgeving op temperatuur T)

dS - dq / T ≥0. ... (1) 

Als de verwarming op een constant volume gebeurt, kunnen we de bovenstaande vergelijking (1) als volgt schrijven. Deze vergelijking drukt het criterium uit voor een spontane reactie die uitsluitend in functie van de staat plaatsvindt.

dS - dU / T ≥0

De vergelijking kan worden herschikt om de volgende vergelijking te krijgen.

TdS ≥dU (vergelijking 2), en daarom kan het worden geschreven als

dU - TdS ≤0

De bovenstaande uitdrukking kan worden vereenvoudigd door het gebruik van term Helmholtz-energie, A, die kan worden gedefinieerd als,

A = U-TS

Uit de bovenstaande vergelijkingen kunnen we een criterium afleiden voor een spontane reactie als dA ≤0. Dit stelt dat een verandering in een systeem bij constante temperatuur en volume spontaan is als dA ≤0. Verandering is dus spontaan als het overeenkomt met een afname van de Helmholtz-energie. Daarom bewegen deze systemen in een spontaan pad, om een ​​lagere A-waarde te geven.

Gibbs vrije energie houdt verband met de veranderingen die plaatsvinden bij constante druk. Wanneer warmte-energie wordt overgedragen onder constante druk, is er alleen expansiewerk; daarom wijzigen en schrijven we de vergelijking 2 als volgt.

TdS ≥dH

Deze vergelijking kan worden herschikt om te geven dH-TdS≤0. Met de term Gibbs vrije energie, G, kan deze vergelijking worden geschreven als,

G = H-TS

Bij constante temperatuur en druk zijn chemische reacties spontaan in de richting van afnemende Gibbs-vrije energie. Daarom is dG ≤0

Wat is standaard gratis energie?

Standaardvrije energie is de vrije energie die wordt gedefinieerd onder standaardomstandigheden. De standaardcondities zijn temperatuur, 298 K; druk, 1 atm of 101,3 kPa; en alle opgeloste stoffen bij een concentratie van 1 M. Standaardvrije energie wordt aangeduid als Go.

Wat is het verschil tussen gratis energie en standaard gratis energie? • In de chemie wordt vrije energie verwezen naar Gibbs vrije energie. Het houdt verband met de veranderingen die plaatsvinden bij constante druk. Standaardvrije energie is de vrije energie die wordt gedefinieerd onder standaardomstandigheden. • Daarom wordt standaard gratis energie gegeven bij een temperatuur van 298 K en een druk van 1 atm, maar de waarde van de vrije energie kan veranderen afhankelijk van de temperatuur en druk.