Diferència clau: energia lliure i entalpia
L'energia lliure i l'entalpia són dos termes termodinàmics utilitzats per explicar la relació entre l'energia tèrmica i les reaccions químiques que es produeixen en un sistema termodinàmic. L'energia lliure o energia lliure termodinàmica és la quantitat de treball que pot realitzar un sistema termodinàmic. En altres paraules, l'energia lliure és la quantitat d'energia disponible en aquest sistema termodinàmic per realitzar treballs termodinàmics. L'entalpia, en canvi, és una magnitud termodinàmica que representa el contingut total d'energia en un sistema termodinàmic. La diferència clau entre l'energia lliure i l'entalpia és que l'energia lliure proporciona l'energia total disponible per realitzar treballs termodinàmics, mentre que l'entalpia proporciona l'energia total d'un sistema termodinàmic que es pot convertir en calor.
Què és l'energia gratuïta?
L'energia lliure és la quantitat d'energia disponible perquè un sistema termodinàmic realitzi un treball termodinàmic. L'energia lliure té les dimensions de l'energia. El valor de l'energia lliure d'un sistema termodinàmic està determinat per l'estat actual del sistema; no per la seva història. Hi ha dos tipus principals d'energia lliure que es discuteixen sovint en termodinàmica; Energia lliure de Helmholtz i energia lliure de Gibbs.
Energia gratuïta de Helmholtz
L'energia lliure de Helmholtz és l'energia disponible en un sistema termodinàmic tancat per realitzar treballs termodinàmics a temperatura i volum constants. Per tant, el valor negatiu de l'energia de Helmholtz indica el treball màxim que pot realitzar un sistema termodinàmic mantenint constant el seu volum. Per tal de mantenir constant el volum, part del treball termodinàmic total es fa com a treball límit (per mantenir el límit del sistema tal com és). L'equació de l'energia de Helmholtz es dóna a continuació.
A=U – TS
On A és l'energia lliure de Helmholtz, U és l'energia interna, T és una temperatura, que és una constant i S és l'entropia del sistema. L'entropia és una magnitud termodinàmica que representa la indisponibilitat de l'energia tèrmica d'un sistema per a la conversió en treball mecànic.
Figura 01: Hermann von Helmholtz va ser el primer a proposar el concepte d'energia lliure de Helmholtz
Energia gratuïta de Gibbs:
L'energia lliure de Gibbs és l'energia disponible en un sistema termodinàmic tancat per realitzar treballs termodinàmics a temperatura i pressió constants. El volum del sistema pot variar. L'energia lliure es denota amb G. L'equació de l'energia lliure de Gibbs es dóna a continuació.
G=H – TS
A l'equació anterior, G és l'energia lliure de Gibbs, H és l'entalpia del sistema, Y és la temperatura, que és una constant i S és l'entropia del sistema.
Què és l'entalpia?
L'entalpia d'un sistema és una magnitud termodinàmica equivalent al contingut de calor total d'un sistema. És igual a l'energia interna del sistema més el producte de la pressió i el volum. Per tant, és una propietat termodinàmica d'un sistema. L'equació de l'entalpia es mostra a continuació.
H=U + PV
En conseqüència, H és l'entalpia del sistema, U és l'energia interna del sistema, P és la pressió i V és el volum. L'entalpia d'un sistema és la indicació de la capacitat d'aquest sistema per alliberar calor (per fer un treball no mecànic). L'entalpia s'indica amb el símbol H.
La determinació de l'entalpia d'un sistema ens permet indicar si una reacció química és exotèrmica o endotèrmica. El canvi d'entalpia d'un sistema es pot utilitzar per determinar la calor de les reaccions i també per predir si una reacció química és espontània o no espontània.
Quina relació hi ha entre l'energia lliure i l'entalpia?
L'energia lliure i l'entalpia de Gibbs estan relacionades mitjançant l'equació següent.
G=H – TS
A l'equació anterior, G és l'energia lliure de Gibbs, H és l'entalpia del sistema, Y és la temperatura, que és una constant i S és l'entropia del sistema. Tant G com H tenen les mateixes unitats de mesura.
Quina diferència hi ha entre l'energia lliure i l'entalpia?
Energia lliure vs entalpia |
|
| L'energia lliure és la quantitat d'energia disponible perquè un sistema termodinàmic realitzi un treball termodinàmic. | L'entalpia d'un sistema és una quantitat termodinàmica equivalent al contingut de calor total d'un sistema. |
| Concepte | |
| L'energia lliure proporciona l'energia total disponible per realitzar treballs termodinàmics. | L'entalpia dóna l'energia total d'un sistema que es pot convertir en calor. |
| Conversió | |
| L'energia lliure proporciona l'energia que es pot convertir en treball mecànic del sistema. | L'entalpia proporciona l'energia que es pot convertir en treball no mecànic del sistema. |
Resum: energia lliure vs entalpia
L'energia lliure i l'entalpia d'un sistema termodinàmic representen l'energia disponible en un sistema. La diferència clau entre l'energia lliure i l'entalpia és que l'energia lliure proporciona l'energia total disponible per realitzar treballs termodinàmics, mentre que l'entalpia dóna l'energia total d'un sistema que es pot convertir en calor.
