ความแตกต่างระหว่างพลังงานฟรีและพลังงานมาตรฐานแบบมาตรฐาน
พลังงานฟรีและพลังงานฟรีมาตรฐาน
พลังงานฟรีคืออะไร?
ปริมาณงานที่ระบบอุณหพลศาสตร์สามารถทำงานได้เรียกว่าพลังงานฟรี พลังงานฟรีสามารถอธิบายได้โดยใช้สองคำคือพลังงานฟรี Helmholtz และพลังงานอิสระของ Gibbs ในวิชาเคมีเมื่อเราใช้คำว่า "พลังงานอิสระ" ซึ่งหมายถึงพลังงานของกิ๊บส์ ในฟิสิกส์พลังงานอิสระหมายถึงพลังงานอิสระของเฮล์มโฮลทซ์ คำศัพท์ทั้งสองนี้มีคำอธิบายด้านล่าง
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับเอนโทรปีและกล่าวว่า "เอนโทรปีของจักรวาลจะเพิ่มขึ้นในกระบวนการที่เกิดขึ้นเอง เอนโทรปีเกี่ยวข้องกับปริมาณความร้อนที่สร้าง; นั่นคือขอบเขตที่พลังงานเสื่อมโทรม แต่ในความเป็นจริงจำนวนของความผิดปกติที่เกิดจากความร้อนที่เพิ่มขึ้น q ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ถ้าร้อนอยู่แล้วความร้อนเพิ่มขึ้นจะไม่ทำให้เกิดความผิดปกติมากขึ้น แต่ถ้าอุณหภูมิต่ำมากความร้อนเท่าเดิมจะทำให้ความวุ่นวายเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นจึงสมควรเขียนมากกว่าในการวิเคราะห์ทิศทางการเปลี่ยนแปลงเราต้องพิจารณาการเปลี่ยนแปลงทั้งระบบและสภาพแวดล้อม ความไม่เสมอภาคต่อไปนี้ Clausius แสดงให้เห็นว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อถ่ายเทความร้อนระหว่างระบบกับบริเวณโดยรอบ (พิจารณาระบบอยู่ในสมดุลความร้อนกับบริเวณโดยรอบที่อุณหภูมิ T)
dS - dq / T ≥0 … (1)
ถ้าความร้อนเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่เราสามารถเขียนสมการข้างต้น (1) ได้ดังนี้ สมการนี้เป็นการแสดงถึงเกณฑ์สำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองในแง่ของฟังก์ชันของรัฐเท่านั้น
สมการสามารถจัดเรียงใหม่เพื่อให้ได้สมการต่อไปนี้
TdS ≥dU (สมการที่ 2), ดังนั้นจึงสามารถเขียนเป็น dU - TdS ≤0
การแสดงออกข้างต้นสามารถทำได้ง่ายขึ้นโดยการใช้คำว่า Helmholtz energy, A ซึ่งสามารถกำหนดได้ว่า
A = U-TS
จากสมการข้างต้นเราสามารถหาได้ เกณฑ์สำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองเป็น dA ≤0 การเปลี่ยนแปลงในระบบที่อุณหภูมิคงที่และปริมาณเป็นธรรมชาติถ้า dA ≤0 ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นเองเมื่อมันสอดคล้องกับการลดลงของพลังงาน Helmholtz ดังนั้นระบบเหล่านี้จึงเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางธรรมชาติเพื่อให้ค่า A ต่ำลง
พลังงานฟรีของกิบบ์เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ เมื่อถ่ายเทความร้อนที่ความดันคงที่มีเพียงงานขยาย; ดังนั้นเราจึงปรับเปลี่ยนและเขียนสมการที่ 2 ดังนี้
TdS ≥dHสมการนี้สามารถจัดเรียงใหม่เพื่อให้
dH-TdS≤0
ด้วยคำว่า Gibbs free energy, G สมการนี้สามารถเขียนได้ว่า G = H-TS เมื่ออุณหภูมิและความดันคงที่ปฏิกิริยาทางเคมีจะเกิดขึ้นเองในทิศทางของการลดพลังงานฟรีของกิบส์ ดังนั้น dG ≤0
Standard Free Energy คืออะไร?
พลังงานฟรีมาตรฐานคือพลังงานฟรีที่กำหนดไว้ในสภาวะมาตรฐาน เงื่อนไขมาตรฐานคืออุณหภูมิ 298 K; ความดัน 1 atm หรือ 101 3 kPa; และสารละลายทั้งหมดที่ความเขมขน 1 M พลังงานอิสระมาตรฐานแสดงว่าเป็นไปอะไรคือความแตกต่างระหว่าง Free Energy กับ Standard Free Energy?
•ในวิชาเคมีพลังงานอิสระหมายถึงพลังงานอิสระของกิ๊บส์ มันเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นที่ความดันคงตัว พลังงานฟรีมาตรฐานเป็นพลังงานอิสระที่กำหนดไว้ในสภาวะมาตรฐาน
•ดังนั้นพลังงานฟรีมาตรฐานจะได้รับที่อุณหภูมิ 298K และความดัน 1 แอมป์ แต่ค่าพลังงานฟรีอาจเปลี่ยนแปลงได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน
