Անվճար էներգիա ընդդեմ ստանդարտ անվճար էներգիա
Ի՞նչ է անվճար էներգիան:
Աշխատանքի այն ծավալը, որը կարող է կատարել թերմոդինամիկական համակարգը, հայտնի է որպես ազատ էներգիա: Ազատ էներգիան կարելի է նկարագրել՝ օգտագործելով երկու տերմին՝ Հելմհոլցի ազատ էներգիա և Գիբսի ազատ էներգիա։ Քիմիայում, երբ մենք օգտագործում ենք «ազատ էներգիա» բառը, դա նշանակում է Գիբսի ազատ էներգիա: Ֆիզիկայի մեջ ազատ էներգիան վերաբերում է Հելմհոլցի ազատ էներգիային: Երկու տերմիններն էլ նկարագրված են ստորև։
Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը կապված է էնտրոպիայի հետ, և այն ասում է, որ «տիեզերքի էնտրոպիան աճում է ինքնաբուխ գործընթացում»։ Էնտրոպիան կապված է առաջացած ջերմության քանակի հետ. դա այն աստիճանն է, որով էներգիան քայքայվել է:Բայց, փաստորեն, ջերմության տվյալ քանակի q պատճառով առաջացած լրացուցիչ խանգարումների քանակը կախված է ջերմաստիճանից։ Եթե արդեն շատ շոգ է, մի քիչ ավելորդ ջերմությունը շատ ավելի մեծ անկարգություն չի առաջացնում, բայց եթե ջերմաստիճանը շատ ցածր է, նույն քանակությամբ ջերմությունը կհանգեցնի անկարգության կտրուկ աճին: Հետևաբար, ավելի նպատակահարմար է գրել՝
ds=dq/T
Փոփոխության ուղղությունը վերլուծելու համար մենք պետք է հաշվի առնենք փոփոխությունները և՛ համակարգում, և՛ շրջակա միջավայրում: Կլաուզիուսի հետևյալ անհավասարությունը ցույց է տալիս, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ ջերմային էներգիան փոխանցվում է համակարգի և շրջակա միջավայրի միջև: (Հաշվի առնելով, որ համակարգը ջերմային հավասարակշռության մեջ է շրջակա միջավայրի հետ T ջերմաստիճանում)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Եթե տաքացումը կատարվում է հաստատուն ծավալով, ապա վերը նշված (1) հավասարումը կարող ենք գրել հետևյալ կերպ. Այս հավասարումն արտահայտում է ինքնաբուխ ռեակցիայի չափանիշը միայն վիճակի գործառույթների առումով:
dS – dU/T ≥0
Հավասարումը կարող է վերադասավորվել՝ ստանալու համար հետևյալ հավասարումը:
TdS ≥dU (հավասարում 2), և, հետևաբար, այն կարելի է գրել որպես
dU – TdS ≤0
Վերոնշյալ արտահայտությունը կարելի է պարզեցնել Հելմհոլցի էներգիա, A տերմինի օգտագործմամբ, որը կարող է սահմանվել որպես
A=U-TS
Վերոնշյալ հավասարումներից մենք կարող ենք բխեցնել ինքնաբուխ ռեակցիայի չափանիշը որպես dA ≤0: Սա նշանակում է, որ հաստատուն ջերմաստիճանի և ծավալի դեպքում համակարգում փոփոխությունը ինքնաբուխ է, եթե dA ≤0: Այսպիսով, փոփոխությունը ինքնաբուխ է, երբ այն համապատասխանում է Հելմհոլցի էներգիայի նվազմանը: Հետևաբար, այս համակարգերը շարժվում են ինքնաբուխ ճանապարհով՝ ավելի ցածր A արժեք տալու համար:
Գիբսի ազատ էներգիան կապված է մշտական ճնշման տակ տեղի ունեցող փոփոխությունների հետ: Երբ ջերմային էներգիան փոխանցվում է մշտական ճնշման տակ, տեղի է ունենում միայն ընդլայնման աշխատանք. հետևաբար, մենք փոփոխում և գրում ենք 2 հավասարումը հետևյալ կերպ։
TdS ≥dH
Այս հավասարումը կարող է վերադասավորվել՝ ստանալով dH-TdS≤0: Գիբսի ազատ էներգիա, G տերմինով այս հավասարումը կարելի է գրել որպես
G=H-TS
Հաստատուն ջերմաստիճանի և ճնշման դեպքում քիմիական ռեակցիաները ինքնաբերաբար տեղի են ունենում Գիբսի ազատ էներգիայի նվազման ուղղությամբ: Հետևաբար, dG ≤0
Ի՞նչ է ստանդարտ անվճար էներգիան:
Ստանդարտ ազատ էներգիան ստանդարտ պայմաններում սահմանված ազատ էներգիան է: Ստանդարտ պայմաններն են ջերմաստիճանը, 298 Կ; ճնշում, 1 ատմ կամ 101,3 կՊա; և բոլոր լուծված նյութերը 1 մ կոնցենտրացիայում: Ստանդարտ անվճար էներգիան նշվում է որպես Go:
Ո՞րն է տարբերությունը անվճար էներգիայի և ստանդարտ անվճար էներգիայի միջև:
• Քիմիայում ազատ էներգիան կոչվում է Գիբսի ազատ էներգիա: Դա կապված է մշտական ճնշման տակ տեղի ունեցող փոփոխությունների հետ։ Ստանդարտ ազատ էներգիան ստանդարտ պայմաններում սահմանված ազատ էներգիան է:
• Հետևաբար, ստանդարտ ազատ էներգիան տրվում է 298K ջերմաստիճանի և 1 ատմ ճնշման դեպքում, սակայն ազատ էներգիայի արժեքը կարող է փոխվել՝ կախված ջերմաստիճանից և ճնշումից:
