Ključna razlika – prosta energija v primerjavi z entalpijo
Prosta energija in entalpija sta dva termodinamična izraza, ki se uporabljata za razlago razmerja med toplotno energijo in kemijskimi reakcijami, ki potekajo v termodinamičnem sistemu. Prosta energija ali termodinamična prosta energija je količina dela, ki ga lahko opravi termodinamični sistem. Z drugimi besedami, prosta energija je količina energije, ki je na voljo v tem termodinamičnem sistemu za opravljanje termodinamičnega dela. Entalpija pa je termodinamična količina, ki predstavlja celotno vsebnost energije v termodinamičnem sistemu. Ključna razlika med brezplačno energijo in entalpijo je, da prosta energija daje celotno energijo, ki je na voljo za opravljanje termodinamičnega dela, medtem ko entalpija daje celotno energijo termodinamičnega sistema, ki se lahko pretvori v toploto.
Kaj je brezplačna energija?
Prosta energija je količina energije, ki je na voljo termodinamičnemu sistemu za opravljanje termodinamičnega dela. Prosta energija ima dimenzije energije. Vrednost proste energije termodinamičnega sistema je določena s trenutnim stanjem sistema; ne po svoji zgodovini. Obstajata dve glavni vrsti proste energije, o kateri se pogosto razpravlja v termodinamiki; Helmholtzova prosta energija in Gibbsova prosta energija.
Helmholtzova prosta energija
Helmholtzova prosta energija je energija, ki je na voljo v zaprtem, termodinamičnem sistemu za izvajanje termodinamičnega dela pri konstantni temperaturi in prostornini. Zato negativna vrednost Helmholtzove energije označuje največje delo, ki ga termodinamični sistem lahko opravi, če ohranja svoj volumen konstanten. Da bi prostornina ostala konstantna, se del celotnega termodinamičnega dela izvede kot mejno delo (da ohranimo mejo sistema takšno, kot je). Spodaj je podana enačba Helmholtzeve energije.
A=U – TS
Kjer je A Helmholtzeva prosta energija, U notranja energija, T temperatura, ki je konstanta, S pa entropija sistema. Entropija je termodinamična količina, ki predstavlja nerazpoložljivost toplotne energije sistema za pretvorbo v mehansko delo.
Slika 01: Hermann von Helmholtz je bil prvi, ki je predlagal koncept Helmholtzeve proste energije
Gibbsova prosta energija:
Gibbsova prosta energija je energija, ki je na voljo v zaprtem termodinamičnem sistemu za izvajanje termodinamičnega dela pri stalni temperaturi in tlaku. Glasnost sistema je lahko različna. Prosta energija je označena z G. Spodaj je podana enačba Gibbsove proste energije.
G=H – TS
V zgornji enačbi je G Gibbsova prosta energija, H entalpija sistema, Y temperatura, ki je konstanta, S pa entropija sistema.
Kaj je entalpija?
Entalpija sistema je termodinamična količina, ki je enakovredna skupni vsebnosti toplote v sistemu. Je enaka notranji energiji sistema plus zmnožek tlaka in prostornine. Zato je to termodinamična lastnost sistema. Enačba entalpije je podana spodaj.
H=U + PV
Skladno s tem je H entalpija sistema, U notranja energija sistema, P tlak in V prostornina. Entalpija sistema je pokazatelj sposobnosti tega sistema za sproščanje toplote (opravljanje nemehanskega dela). Entalpija je označena s simbolom H.
Določanje entalpije sistema nam omogoča, da pokažemo, ali je kemična reakcija eksotermna ali endotermna. Spremembo entalpije sistema lahko uporabimo za določanje toplote reakcij in tudi za napovedovanje, ali je kemična reakcija spontana ali nespontana.
Kakšno je razmerje med prosto energijo in entalpijo?
Gibbsova prosta energija in entalpija sta povezani z naslednjo enačbo.
G=H – TS
V zgornji enačbi je G Gibbsova prosta energija, H je entalpija sistema, Y je temperatura, ki je konstanta, S pa entropija sistema. Tako G kot H imata enaki merski enoti.
Kakšna je razlika med prosto energijo in entalpijo?
Prosta energija v primerjavi z entalpijo |
|
| Prosta energija je količina energije, ki je na voljo termodinamičnemu sistemu za opravljanje termodinamičnega dela. | Entalpija sistema je termodinamična količina, ki je enakovredna skupni vsebnosti toplote v sistemu. |
| Koncept | |
| Prosta energija daje skupno energijo, ki je na voljo za opravljanje termodinamičnega dela. | Entalpija podaja celotno energijo sistema, ki jo je mogoče pretvoriti v toploto. |
| Pretvorba | |
| Prosta energija daje energijo, ki se lahko pretvori v mehansko delo sistema. | Entalpija daje energijo, ki se lahko pretvori v nemehansko delo sistema. |
Povzetek – Prosta energija v primerjavi z entalpijo
Prosta energija in entalpija termodinamičnega sistema predstavljata energijo, ki je na voljo v sistemu. Ključna razlika med prosto energijo in entalpijo je v tem, da prosta energija daje celotno energijo, ki je na voljo za opravljanje termodinamičnega dela, medtem ko entalpija daje celotno energijo sistema, ki jo je mogoče pretvoriti v toploto.
