Freie Energie vs Standard Freie Energie
Was ist freie Energie?
Der Arbeitsaufwand, den ein thermodynamisches System leisten kann, wird als freie Energie bezeichnet. Freie Energie kann mit zwei Begriffen beschrieben werden: Helmholtz-freie Energie und Gibbs-freie Energie. Wenn wir in der Chemie das Wort „freie Energie“verwenden, bedeutet dies Gibbs freie Energie. In der Physik bezieht sich freie Energie auf Helmholtz-freie Energie. Beide Begriffe werden unten beschrieben.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik bezieht sich auf die Entropie und besagt: "Die Entropie des Universums nimmt in einem spontanen Prozess zu." Die Entropie hängt mit der erzeugten Wärmemenge zusammen. das ist das Ausmaß, in dem Energie abgebaut wurde. Tatsächlich hängt das Ausmaß der zusätzlichen Störung, die durch eine gegebene Wärmemenge q verursacht wird, von der Temperatur ab. Wenn es bereits sehr heiß ist, führt ein wenig zusätzliche Wärme nicht zu viel mehr Unordnung. Wenn die Temperatur jedoch sehr niedrig ist, führt dieselbe Wärmemenge zu einem dramatischen Anstieg der Unordnung. Es ist daher angemessener zu schreiben,
ds = dq / T.
Um die Richtung der Veränderung zu analysieren, müssen wir Veränderungen sowohl im System als auch in der Umgebung berücksichtigen. Die folgende Clausius-Ungleichung zeigt, was passiert, wenn Wärmeenergie zwischen dem System und der Umgebung übertragen wird. (Angenommen, das System befindet sich bei der Temperatur T im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung.)
dS - dq / T ≥ 0. ………… (1)
Wenn das Erhitzen bei konstantem Volumen erfolgt, können wir die obige Gleichung (1) wie folgt schreiben. Diese Gleichung drückt das Kriterium aus, dass eine spontane Reaktion nur in Bezug auf Zustandsfunktionen stattfindet.
dS - dU / T ≥0
Die Gleichung kann neu angeordnet werden, um die folgende Gleichung zu erhalten.
TdS ≥ dU (Gleichung 2), und daher kann es geschrieben werden als
dU - TdS ≤0
Der obige Ausdruck kann durch die Verwendung des Begriffs Helmholtz-Energie A vereinfacht werden, der definiert werden kann als:
A = U-TS
Aus den obigen Gleichungen können wir ein Kriterium für eine spontane Reaktion als dA ≤ 0 ableiten. Dies besagt, dass eine Änderung in einem System bei konstanter Temperatur und konstantem Volumen spontan ist, wenn dA ≤ 0 ist. Eine Änderung ist also spontan, wenn sie einer Abnahme der Helmholtz-Energie entspricht. Daher bewegen sich diese Systeme auf einem spontanen Weg, um einen niedrigeren A-Wert zu erhalten.
Gibbs freie Energie hängt mit den Änderungen zusammen, die bei konstantem Druck auftreten. Wenn Wärmeenergie mit konstantem Druck übertragen wird, gibt es nur Expansionsarbeiten; Daher modifizieren und schreiben wir die Gleichung 2 wie folgt.
TdS ≥ dH
Diese Gleichung kann neu angeordnet werden, um dH-TdS ≤ 0 zu ergeben. Mit dem Begriff Gibbs freie Energie G kann diese Gleichung wie folgt geschrieben werden:
G = H-TS
Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck sind chemische Reaktionen spontan in Richtung einer Abnahme der freien Gibbs-Energie. Daher ist dG ≤ 0
Was ist Standard Free Energy?
Standardfreie Energie ist die freie Energie, die unter Standardbedingungen definiert wird. Die Standardbedingungen sind Temperatur 298 K; Druck 1 atm oder 101,3 kPa; und alle gelösten Stoffe bei 1 M Konzentration. Freie Standardenergie wird als Go bezeichnet.
Was ist der Unterschied zwischen freier Energie und normaler freier Energie?
• In der Chemie wird freie Energie als Gibbs freie Energie bezeichnet. Es hängt mit den Änderungen zusammen, die bei konstantem Druck auftreten. Standardfreie Energie ist die freie Energie, die unter Standardbedingungen definiert wird.
• Daher wird die freie Standardenergie bei einer Temperatur von 298 K und einem Druck von 1 atm angegeben. Der Wert der freien Energie kann sich jedoch je nach Temperatur und Druck ändern.
