Energia gratuita vs Energia gratuita standard
Cos'è l'energia gratuita?
La quantità di lavoro che un sistema termodinamico può svolgere è nota come energia libera. L'energia libera può essere descritta usando due termini, energia libera di Helmholtz e energia libera di Gibbs. In chimica, quando usiamo la parola "energia libera" significa energia libera di Gibbs. In fisica, l'energia libera si riferisce all'energia libera di Helmholtz. Entrambi i termini sono descritti di seguito.
La seconda legge della termodinamica è correlata all'entropia e dice: "l'entropia dell'universo aumenta in un processo spontaneo". L'entropia è correlata alla quantità di calore generata; questa è la misura in cui l'energia è stata degradata. Ma, in effetti, la quantità di disordine extra causato da una data quantità di calore q dipende dalla temperatura. Se fa già molto caldo, un po' di calore in più non crea molto più disordine, ma se la temperatura è molto bassa, la stessa quantità di calore provocherà un drammatico aumento del disordine. È quindi più appropriato scrivere, ds=dq/T
Per analizzare la direzione del cambiamento, dobbiamo considerare i cambiamenti sia nel sistema che nell'ambiente circostante. La seguente disuguaglianza di Clausius mostra cosa succede quando l'energia termica viene trasferita tra il sistema e l'ambiente circostante. (Considerare che il sistema è in equilibrio termico con l'ambiente circostante alla temperatura T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Se il riscaldamento avviene a volume costante, possiamo scrivere l'equazione sopra (1) come segue. Questa equazione esprime il criterio affinché una reazione spontanea avvenga solo in termini di funzioni di stato.
dS – dU/T ≥0
L'equazione può essere riorganizzata per ottenere la seguente equazione.
TdS ≥dU (Equazione 2), e quindi può essere scritto come
dU – TdS ≤0
L'espressione sopra può essere semplificata dall'uso del termine energia di Helmholtz, A, che può essere definito come, A=U-TS
Dalle equazioni di cui sopra, possiamo derivare un criterio per una reazione spontanea come dA ≤0. Ciò afferma che un cambiamento in un sistema a temperatura e volume costanti è spontaneo se dA ≤0. Quindi il cambiamento è spontaneo quando corrisponde a una diminuzione dell'energia di Helmholtz. Pertanto, questi sistemi si muovono in un percorso spontaneo, per dare un valore A più basso.
L'energia libera di Gibbs è correlata ai cambiamenti che avvengono a pressione costante. Quando l'energia termica viene trasferita a pressione costante, c'è solo un lavoro di espansione; pertanto, modifichiamo e scriviamo l'equazione 2 come segue.
TdS ≥dH
Questa equazione può essere riorganizzata per dare dH-TdS≤0. Con il termine energia libera di Gibbs, G, questa equazione può essere scritta come, G=H-TS
A temperatura e pressione costanti, le reazioni chimiche sono spontanee nella direzione di una diminuzione dell'energia libera di Gibbs. Pertanto, dG ≤0
Cos'è l'energia gratuita standard?
L'energia gratuita standard è l'energia gratuita definita a condizioni standard. Le condizioni standard sono temperatura, 298 K; pressione, 1 atm o 101,3 kPa; e tutti i soluti a concentrazione 1 M. L'energia gratuita standard è indicata come Go.
Qual è la differenza tra l'energia gratuita e l'energia gratuita standard?
• In chimica, l'energia libera si riferisce all'energia libera di Gibbs. È correlato ai cambiamenti che avvengono a pressione costante. L'energia gratuita standard è l'energia gratuita definita a condizioni standard.
• Pertanto, l'energia gratuita standard viene fornita a una temperatura di 298 K e una pressione di 1 atm, ma il valore dell'energia gratuita può variare a seconda della temperatura e della pressione.
