Разница между свободной энергией и стандартной свободной энергией

Свободная энергия против стандартной свободной энергии

Что такое свободная энергия?

Объем работы, которую может выполнить термодинамическая система, известен как свободная энергия. Свободную энергию можно описать двумя терминами: свободная энергия Гельмгольца и свободная энергия Гиббса. В химии, когда мы используем слово «свободная энергия», это означает свободную энергию Гиббса. В физике свободная энергия относится к свободной энергии Гельмгольца. Оба термина описаны ниже.

Второй закон термодинамики связан с энтропией и гласит: «энтропия вселенной увеличивается в спонтанном процессе». Энтропия связана с количеством выделяемого тепла; это степень, в которой энергия была ухудшена. Но на самом деле количество дополнительного беспорядка, вызванного данным количеством тепла q, зависит от температуры. Если это уже очень жарко, немного дополнительного тепла не создает намного больше беспорядка, но если температура очень низкая, то же количество тепла вызовет резкое увеличение беспорядка. Поэтому более уместно написать,

DS = DQ / T

Чтобы проанализировать направление изменений, мы должны рассмотреть изменения как в системе, так и в окружающей среде. Следующее неравенство Клаузиуса показывает, что происходит, когда тепловая энергия передается между системой и окружающей средой. (Рассмотрим систему, находящуюся в тепловом равновесии с окружающей средой при температуре T)

dS - dq / T ≥0.… (1) 

Если нагревание происходит при постоянном объеме, мы можем записать приведенное выше уравнение (1) следующим образом. Это уравнение выражает критерий самопроизвольной реакции в терминах только функций состояния.

dS - dU / T ≥0

Уравнение можно переставить, чтобы получить следующее уравнение.

TdS ≥dU (уравнение 2), и, следовательно, это можно записать как

dU - TdS ≤0

Вышеупомянутое выражение может быть упрощено использованием термина энергия Гельмгольца, A, который может быть определен как,

A = U-TS

Из приведенных выше уравнений можно вывести критерий спонтанной реакции при dA ≤0. Это говорит о том, что изменение в системе при постоянной температуре и объеме является спонтанным, если dA ≤0. Таким образом, изменение происходит спонтанно, когда оно соответствует уменьшению энергии Гельмгольца. Следовательно, эти системы движутся по самопроизвольному пути, чтобы дать более низкое значение.

Свободная энергия Гиббса связана с изменениями, происходящими при постоянном давлении. Когда тепловая энергия передается при постоянном давлении, происходит только работа по расширению; поэтому мы модифицируем и запишем уравнение 2 следующим образом.

TdS ≥dH

Это уравнение можно переставить, чтобы дать Dh-TdS≤0. С помощью термина свободной энергии Гиббса G это уравнение можно записать в виде,

G = H-TS

При постоянной температуре и давлении химические реакции происходят спонтанно в направлении уменьшения свободной энергии Гиббса. Следовательно, dG ≤0

Что такое стандартная свободная энергия?

Стандартная свободная энергия - это свободная энергия, определенная в стандартных условиях. Стандартные условия: температура, 298 К; давление 1 атм или 101,3 кПа; и все растворенные вещества в концентрации 1 М. Стандартная свободная энергия обозначается как Go.

В чем разница между свободной энергией и стандартной свободной энергией? • В химии свободная энергия относится к свободной энергии Гиббса. Это связано с изменениями, происходящими при постоянном давлении. Стандартная свободная энергия - это свободная энергия, определенная в стандартных условиях. • Поэтому стандартная свободная энергия дается при температуре 298 К и давлении 1 атм, но значение свободной энергии может изменяться в зависимости от температуры и давления..