Gratis Energie vs Standaard Gratis Energie
Wat is gratis energie?
Die hoeveelheid werk wat 'n termodinamiese stelsel kan verrig, staan bekend as vrye energie. Vrye energie kan beskryf word deur twee terme te gebruik, Helmholtz vrye energie en Gibbs vrye energie. In chemie, wanneer ons die woord "vrye energie" gebruik, beteken dit Gibbs vrye energie. In fisika verwys vrye energie na Helmholtz vrye energie. Beide terme word hieronder beskryf.
Die tweede wet van termodinamika hou verband met entropie, en dit sê, "die entropie van die heelal neem toe in 'n spontane proses." Entropie hou verband met die hoeveelheid hitte wat gegenereer word; dit is die mate waarin energie gedegradeer is. Maar, in werklikheid, die hoeveelheid ekstra wanorde wat deur 'n gegewe hoeveelheid hitte q veroorsaak word, hang af van die temperatuur. As dit reeds baie warm is, skep 'n bietjie ekstra hitte nie veel meer wanorde nie, maar as die temperatuur baie laag is, sal dieselfde hoeveelheid hitte 'n dramatiese toename in wanorde veroorsaak. Dit is dus meer gepas om te skryf, ds=dq/T
Om die rigting van verandering te ontleed, moet ons veranderinge in beide stelsel en die omgewing oorweeg. Die volgende Clausius-ongelykheid wys wat gebeur wanneer hitte-energie tussen die sisteem en die omgewing oorgedra word. (Beskou die stelsel is in termiese ewewig met die omgewing by temperatuur T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
As die verhitting teen konstante volume gedoen word, kan ons die bostaande vergelyking (1) soos volg skryf. Hierdie vergelyking druk die maatstaf uit vir 'n spontane reaksie om slegs in terme van staatsfunksies plaas te vind.
dS – dU/T ≥0
Die vergelyking kan herrangskik word om die volgende vergelyking te kry.
TdS ≥dU (Vergelyking 2), en daarom kan dit geskryf word as
dU – TdS ≤0
Bogenoemde uitdrukking kan vereenvoudig word deur die gebruik van term Helmholtz-energie, A, wat gedefinieer kan word as, A=U-TS
Uit bogenoemde vergelykings kan ons 'n maatstaf vir 'n spontane reaksie as dA ≤0 aflei. Dit stel dat 'n verandering in 'n sisteem by konstante temperatuur en volume spontaan is as dA ≤0. Verandering is dus spontaan wanneer dit ooreenstem met 'n afname in die Helmholtz-energie. Daarom beweeg hierdie stelsels in 'n spontane pad, om laer A-waarde te gee.
Gibbs se vrye energie hou verband met die veranderinge wat teen konstante druk plaasvind. Wanneer hitte-energie teen konstante druk oorgedra word, is daar slegs uitbreidingswerk; daarom wysig en skryf ons die vergelyking 2 soos volg.
TdS ≥dH
Hierdie vergelyking kan herrangskik word om dH-TdS≤0 te gee. Met die term Gibbs vrye energie, G, kan hierdie vergelyking geskryf word as, G=H-TS
By konstante temperatuur en druk is chemiese reaksies spontaan in die rigting van dalende Gibbs-vrye energie. Daarom, dG ≤0
Wat is Standaard Gratis Energie?
Standaard vrye energie is die vrye energie wat by standaardtoestande gedefinieer word. Die standaard toestande is temperatuur, 298 K; druk, 1 atm of 101,3 kPa; en alle opgeloste stowwe by 1 M konsentrasie. Standaard gratis energie word aangedui as Gaan.
Wat is die verskil tussen Gratis Energie en Standaard Gratis Energie?
• In chemie word vrye energie na Gibbs vrye energie verwys. Dit hou verband met die veranderinge wat by konstante druk plaasvind. Standaard vrye energie is die vrye energie wat by standaardtoestande gedefinieer word.
• Daarom word standaard vrye energie gegee by 298K temperatuur en 1 atm druk, maar die vrye energiewaarde kan verander na gelang van die temperatuur en druk.
