Ključna razlika – slobodna energija naspram entalpije
Slobodna energija i entalpija dva su termodinamička pojma koja se koriste za objašnjenje odnosa između toplinske energije i kemijskih reakcija koje se odvijaju u termodinamičkom sustavu. Slobodna energija ili termodinamička slobodna energija je količina rada koju termodinamički sustav može izvršiti. Drugim riječima, slobodna energija je količina energije koja je dostupna u tom termodinamičkom sustavu za obavljanje termodinamičkog rada. S druge strane, entalpija je termodinamička veličina koja predstavlja ukupni sadržaj energije u termodinamičkom sustavu. Ključna razlika između slobodne energije i entalpije je u tome što slobodna energija daje ukupnu energiju dostupnu za izvođenje termodinamičkog rada, dok entalpija daje ukupnu energiju termodinamičkog sustava koja se može pretvoriti u toplinu.
Što je besplatna energija?
Besplatna energija je količina energije dostupna termodinamičkom sustavu za obavljanje termodinamičkog rada. Besplatna energija ima dimenzije energije. Vrijednost slobodne energije termodinamičkog sustava određena je trenutnim stanjem sustava; ne svojom poviješću. Postoje dvije glavne vrste slobodne energije o kojima se često raspravlja u termodinamici; Helmholtz slobodna energija i Gibbs slobodna energija.
Helmholtz slobodna energija
Helmholtz slobodna energija je energija koja je dostupna u zatvorenom, termodinamičkom sustavu za izvođenje termodinamičkog rada pri konstantnoj temperaturi i volumenu. Dakle, negativna vrijednost Helmholtzove energije označava maksimalni rad koji termodinamički sustav može izvršiti održavajući svoj volumen konstantnim. Kako bi se volumen održao konstantnim, dio ukupnog termodinamičkog rada obavlja se kao granični rad (kako bi se granica sustava održala onakvom kakva jest). U nastavku je dana jednadžba Helmholtzove energije.
A=U – TS
Gdje je A Helmholtz slobodna energija, U je unutarnja energija, T je temperatura, koja je konstanta, a S je entropija sustava. Entropija je termodinamička veličina koja predstavlja nedostupnost toplinske energije sustava za pretvaranje u mehanički rad.
Slika 01: Hermann von Helmholtz prvi je predložio koncept Helmholtz slobodne energije
Gibbsova slobodna energija:
Gibbsova slobodna energija energija koja je dostupna u zatvorenom, termodinamičkom sustavu za izvođenje termodinamičkog rada pri konstantnoj temperaturi i tlaku. Volumen sustava može varirati. Slobodna energija označena je s G. Jednadžba Gibbsove slobodne energije dana je u nastavku.
G=H – TS
U gornjoj jednadžbi, G je Gibbsova slobodna energija, H je entalpija sustava, Y je temperatura, koja je konstanta, a S je entropija sustava.
Što je entalpija?
Entalpija sustava je termodinamička veličina ekvivalentna ukupnom sadržaju topline sustava. Jednaka je unutarnjoj energiji sustava plus umnožak tlaka i volumena. Stoga je to termodinamičko svojstvo sustava. Jednadžba entalpije je dana ispod.
H=U + PV
Prema tome, H je entalpija sustava, U je unutarnja energija sustava, P je tlak i V je volumen. Entalpija sustava je pokazatelj sposobnosti tog sustava da otpusti toplinu (da izvrši nemehanički rad). Entalpija je označena simbolom H.
Određivanje entalpije sustava omogućuje nam da pokažemo je li kemijska reakcija egzotermna ili endotermna. Promjena entalpije sustava može se koristiti za određivanje topline reakcija i također za predviđanje je li kemijska reakcija spontana ili nespontana.
Kakav je odnos između slobodne energije i entalpije?
Gibbsova slobodna energija i entalpija povezane su sljedećom jednadžbom.
G=H – TS
U gornjoj jednadžbi, G je Gibbsova slobodna energija, H je entalpija sustava, Y je temperatura, koja je konstanta, a S je entropija sustava. I G i H imaju iste mjerne jedinice.
Koja je razlika između slobodne energije i entalpije?
Slobodna energija naspram entalpije |
|
| Besplatna energija je količina energije dostupna termodinamičkom sustavu za obavljanje termodinamičkog rada. | Entalpija sustava je termodinamička veličina ekvivalentna ukupnom sadržaju topline sustava. |
| Koncept | |
| Besplatna energija daje ukupnu energiju dostupnu za izvođenje termodinamičkog rada. | Entalpija daje ukupnu energiju sustava koja se može pretvoriti u toplinu. |
| Konverzija | |
| Besplatna energija daje energiju koja se može pretvoriti u mehanički rad sustava. | Entalpija daje energiju koja se može pretvoriti u nemehanički rad sustava. |
Sažetak – Slobodna energija naspram entalpije
Slobodna energija i entalpija termodinamičkog sustava predstavljaju energiju koja je dostupna u sustavu. Ključna razlika između slobodne energije i entalpije je u tome što slobodna energija daje ukupnu energiju dostupnu za izvođenje termodinamičkog rada, dok entalpija daje ukupnu energiju sustava koja se može pretvoriti u toplinu.
