უფასო ენერგია სტანდარტული უფასო ენერგიის წინააღმდეგ
რა არის თავისუფალი ენერგია?
სამუშაოს რაოდენობა, რომელსაც შეუძლია თერმოდინამიკური სისტემის შესრულება, ცნობილია როგორც თავისუფალი ენერგია. თავისუფალი ენერგია შეიძლება აღწერილი იყოს ორი ტერმინის გამოყენებით, ჰელმჰოლცის თავისუფალი ენერგია და გიბსის თავისუფალი ენერგია. ქიმიაში, როდესაც ვიყენებთ სიტყვას "თავისუფალი ენერგია", ეს ნიშნავს გიბსის თავისუფალ ენერგიას. ფიზიკაში თავისუფალი ენერგია ეხება ჰელმჰოლცის თავისუფალ ენერგიას. ორივე ტერმინი აღწერილია ქვემოთ.
თერმოდინამიკის მეორე კანონი დაკავშირებულია ენტროპიასთან და ის ამბობს: „სამყაროს ენტროპია იზრდება სპონტანური პროცესით“. ენტროპია დაკავშირებულია წარმოქმნილი სითბოს რაოდენობასთან; ეს არის ის, თუ რამდენად დაქვეითებულია ენერგია.მაგრამ, სინამდვილეში, დამატებითი აშლილობის რაოდენობა, რომელიც გამოწვეულია სითბოს მოცემული რაოდენობით q დამოკიდებულია ტემპერატურაზე. თუ უკვე ძალიან ცხელა, ცოტა ზედმეტი სიცხე არ ქმნის ბევრად მეტ არეულობას, მაგრამ თუ ტემპერატურა ძალიან დაბალია, იგივე სიცხე გამოიწვევს უწესრიგობის მკვეთრ ზრდას. ამიტომ უფრო მიზანშეწონილია დაწეროთ, ds=dq/T
ცვლილების მიმართულების გასაანალიზებლად, ჩვენ უნდა გავითვალისწინოთ ცვლილებები როგორც სისტემაში, ასევე მის გარშემო. შემდეგი კლაუსიუსის უთანასწორობა გვიჩვენებს რა ხდება, როდესაც სითბოს ენერგია გადადის სისტემასა და გარემოს შორის. (ჩავთვალოთ, რომ სისტემა თერმულ წონასწორობაშია გარემოსთან T ტემპერატურაზე)
dS – dq/T ≥0.……………(1)
თუ გათბობა ხდება მუდმივი მოცულობით, შეგვიძლია დავწეროთ ზემოთ განტოლება (1) შემდეგნაირად. ეს განტოლება გამოხატავს სპონტანური რეაქციის კრიტერიუმს მხოლოდ მდგომარეობის ფუნქციების მიხედვით.
dS – dU/T ≥0
განტოლება შეიძლება გადაიწყოს შემდეგი განტოლების მისაღებად.
TdS ≥dU (განტოლება 2) და, შესაბამისად, ის შეიძლება დაიწეროს როგორც
dU – TdS ≤0
ზემოხსენებული გამოთქმა შეიძლება გამარტივდეს ტერმინი ჰელმჰოლცის ენერგია, A, რომელიც შეიძლება განისაზღვროს როგორც, A=U-TS
ზემოხსენებული განტოლებიდან შეგვიძლია გამოვიტანოთ სპონტანური რეაქციის კრიტერიუმი, როგორც dA ≤0. ეს ნიშნავს, რომ სისტემაში ცვლილება მუდმივ ტემპერატურასა და მოცულობაში სპონტანურია, თუ dA ≤0. ასე რომ, ცვლილება სპონტანურია, როდესაც ის შეესაბამება ჰელმჰოლცის ენერგიის შემცირებას. ამიტომ, ეს სისტემები მოძრაობენ სპონტანურ გზაზე, რათა მისცეს უფრო დაბალი A მნიშვნელობა.
გიბსის თავისუფალი ენერგია დაკავშირებულია მუდმივი წნევის დროს მომხდარ ცვლილებებთან. როდესაც სითბოს ენერგია გადადის მუდმივი წნევით, ხდება მხოლოდ გაფართოების სამუშაო; ამიტომ, ჩვენ ვცვლით და ვწერთ განტოლებას 2 შემდეგნაირად.
TdS ≥dH
ეს განტოლება შეიძლება გადაიწყოს და მივიღოთ dH-TdS≤0. გიბსის თავისუფალი ენერგიის ტერმინით, G, ეს განტოლება შეიძლება დაიწეროს როგორც
G=H-TS
მუდმივი ტემპერატურისა და წნევის დროს ქიმიური რეაქციები სპონტანურია გიბსის თავისუფალი ენერგიის შემცირების მიმართულებით. ამიტომ, dG ≤0
რა არის სტანდარტული უფასო ენერგია?
სტანდარტული თავისუფალი ენერგია არის თავისუფალი ენერგია, რომელიც განისაზღვრება სტანდარტულ პირობებში. სტანდარტული პირობებია ტემპერატურა, 298 K; წნევა, 1 ატმ ან 101,3 კპა; და ყველა ხსნარი 1 მ კონცენტრაციით. სტანდარტული თავისუფალი ენერგია აღინიშნება როგორც Go.
რა განსხვავებაა თავისუფალ ენერგიასა და სტანდარტულ თავისუფალ ენერგიას შორის?
• ქიმიაში თავისუფალ ენერგიას გიბსის თავისუფალ ენერგიას უწოდებენ. ეს დაკავშირებულია მუდმივი წნევით მიმდინარე ცვლილებებთან. სტანდარტული თავისუფალი ენერგია არის თავისუფალი ენერგია, რომელიც განსაზღვრულია სტანდარტულ პირობებში.
• ამიტომ, სტანდარტული თავისუფალი ენერგია მოცემულია 298K ტემპერატურაზე და 1 ატმ წნევაზე, მაგრამ თავისუფალი ენერგიის მნიშვნელობა შეიძლება შეიცვალოს ტემპერატურისა და წნევის მიხედვით.
