Free Energy vs Standard Free Energy
Què és l'energia gratuïta?
La quantitat de treball que pot realitzar un sistema termodinàmic es coneix com a energia lliure. L'energia lliure es pot descriure utilitzant dos termes, energia lliure de Helmholtz i energia lliure de Gibbs. En química, quan fem servir la paraula "energia lliure" significa energia lliure de Gibbs. En física, l'energia lliure es refereix a l'energia lliure de Helmholtz. Tots dos termes es descriuen a continuació.
La segona llei de la termodinàmica està relacionada amb l'entropia, i diu, "l'entropia de l'univers augmenta en un procés espontani". L'entropia està relacionada amb la quantitat de calor generada; aquesta és la mesura en què s'ha degradat l'energia. Però, de fet, la quantitat de trastorn addicional causada per una quantitat determinada de calor q depèn de la temperatura. Si ja fa molta calor, una mica de calor addicional no crea molt més desordre, però si la temperatura és molt baixa, la mateixa quantitat de calor provocarà un augment espectacular del desordre. Per tant, és més adequat escriure, ds=dq/T
Per analitzar la direcció del canvi, hem de considerar els canvis tant en el sistema com en l'entorn. La següent desigu altat de Clausius mostra què passa quan es transfereix energia tèrmica entre el sistema i l'entorn. (Considereu que el sistema està en equilibri tèrmic amb l'entorn a la temperatura T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Si l'escalfament es fa a volum constant, podem escriure l'equació anterior (1) de la següent manera. Aquesta equació expressa el criteri perquè es produeixi una reacció espontània només en termes de funcions d'estat.
dS – dU/T ≥0
L'equació es pot reordenar per obtenir l'equació següent.
TdS ≥dU (equació 2), i per tant, es pot escriure com a
dU – TdS ≤0
L'expressió anterior es pot simplificar utilitzant el terme energia de Helmholtz, A, que es pot definir com, A=U-TS
A partir de les equacions anteriors, podem derivar un criteri per a una reacció espontània com dA ≤0. Això afirma que, un canvi en un sistema a temperatura i volum constants és espontani si dA ≤0. Per tant, el canvi és espontani quan correspon a una disminució de l'energia de Helmholtz. Per tant, aquests sistemes es mouen en un camí espontani, per donar un valor A més baix.
L'energia lliure de Gibbs està relacionada amb els canvis que es produeixen a pressió constant. Quan l'energia tèrmica es transfereix a pressió constant, només hi ha treball d'expansió; per tant, modifiquem i escrivim l'equació 2 de la següent manera.
TdS ≥dH
Aquesta equació es pot reordenar per donar dH-TdS≤0. Amb el terme energia lliure de Gibbs, G, aquesta equació es pot escriure com, G=H-TS
A temperatura i pressió constants, les reaccions químiques són espontànies en la direcció de la disminució de l'energia lliure de Gibbs. Per tant, dG ≤0
Què és l'energia gratuïta estàndard?
L'energia lliure estàndard és l'energia lliure definida en condicions estàndard. Les condicions estàndard són temperatura, 298 K; pressió, 1 atm o 101,3 kPa; i tots els soluts a una concentració 1 M. L'energia lliure estàndard s'indica com Go.
Quina diferència hi ha entre l'energia lliure i l'energia lliure estàndard?
• En química, l'energia lliure es refereix a l'energia lliure de Gibbs. Està relacionat amb els canvis que es produeixen a pressió constant. L'energia lliure estàndard és l'energia lliure definida en condicions estàndard.
• Per tant, l'energia lliure estàndard es dóna a una temperatura de 298K i una pressió d'1 atm, però el valor d'energia lliure pot canviar en funció de la temperatura i la pressió.
