Βασική διαφορά – Δωρεάν ενέργεια έναντι ενθαλπίας
Η ελεύθερη ενέργεια και η ενθαλπία είναι δύο θερμοδυναμικοί όροι που χρησιμοποιούνται για να εξηγήσουν τη σχέση μεταξύ θερμικής ενέργειας και χημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Ελεύθερη ενέργεια ή θερμοδυναμική ελεύθερη ενέργεια είναι η ποσότητα εργασίας που μπορεί να εκτελέσει ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Με άλλα λόγια, ελεύθερη ενέργεια είναι η ποσότητα ενέργειας που είναι διαθέσιμη σε αυτό το θερμοδυναμικό σύστημα για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας. Η ενθαλπία, από την άλλη πλευρά, είναι ένα θερμοδυναμικό μέγεθος που αντιπροσωπεύει το συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Η βασική διαφορά μεταξύ της ελεύθερης ενέργειας και της ενθαλπίας είναι ότι η ελεύθερη ενέργεια δίνει τη συνολική διαθέσιμη ενέργεια για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας, ενώ η ενθαλπία δίνει τη συνολική ενέργεια ενός θερμοδυναμικού συστήματος που μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα.
Τι είναι η Ελεύθερη Ενέργεια;
Ελεύθερη ενέργεια είναι η ποσότητα ενέργειας που είναι διαθέσιμη για ένα θερμοδυναμικό σύστημα για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας. Η ελεύθερη ενέργεια έχει τις διαστάσεις της ενέργειας. Η τιμή της ελεύθερης ενέργειας ενός θερμοδυναμικού συστήματος καθορίζεται από την παρούσα κατάσταση του συστήματος. όχι από την ιστορία του. Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι ελεύθερης ενέργειας που συζητούνται συχνά στη θερμοδυναμική. Ελεύθερη ενέργεια Helmholtz και ελεύθερη ενέργεια Gibbs.
Helmholtz Free Energy
Η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz είναι η ενέργεια που είναι διαθέσιμη σε ένα κλειστό, θερμοδυναμικό σύστημα για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας σε σταθερή θερμοκρασία και όγκο. Ως εκ τούτου, η αρνητική τιμή της ενέργειας Helmholtz δείχνει το μέγιστο έργο που μπορεί να εκτελέσει ένα θερμοδυναμικό σύστημα διατηρώντας τον όγκο του σταθερό. Για να διατηρηθεί ο όγκος σταθερός, μέρος της συνολικής θερμοδυναμικής εργασίας γίνεται ως οριακό έργο (για να διατηρηθεί το όριο του συστήματος ως έχει). Η εξίσωση της ενέργειας Helmholtz δίνεται παρακάτω.
A=U – TS
Όπου A είναι η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz, U είναι η εσωτερική ενέργεια, T είναι μια θερμοκρασία, η οποία είναι σταθερά και S είναι η εντροπία του συστήματος. Η εντροπία είναι ένα θερμοδυναμικό μέγεθος που αντιπροσωπεύει τη μη διαθεσιμότητα της θερμικής ενέργειας ενός συστήματος για μετατροπή σε μηχανικό έργο.
Εικόνα 01: Ο Hermann von Helmholtz ήταν ο πρώτος που πρότεινε την έννοια της ελεύθερης ενέργειας Helmholtz
Gibbs Free Energy:
Το Gibbs δωρεάν ενέργεια είναι η ενέργεια που είναι διαθέσιμη σε ένα κλειστό, θερμοδυναμικό σύστημα για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση. Ο όγκος του συστήματος μπορεί να ποικίλλει. Η ελεύθερη ενέργεια συμβολίζεται με G. Η εξίσωση της ελεύθερης ενέργειας Gibbs δίνεται παρακάτω.
G=H – TS
Στην παραπάνω εξίσωση, G είναι ελεύθερη ενέργεια Gibbs, H είναι η ενθαλπία του συστήματος, Y είναι η θερμοκρασία, η οποία είναι σταθερά και S είναι η εντροπία του συστήματος.
Τι είναι η ενθαλπία;
Ενθαλπία ενός συστήματος είναι μια θερμοδυναμική ποσότητα ισοδύναμη με τη συνολική θερμική περιεκτικότητα ενός συστήματος. Είναι ίσο με την εσωτερική ενέργεια του συστήματος συν το γινόμενο της πίεσης και του όγκου. Επομένως, είναι μια θερμοδυναμική ιδιότητα ενός συστήματος. Η εξίσωση της ενθαλπίας δίνεται παρακάτω.
H=U + PV
Αντίστοιχα, H είναι η ενθαλπία του συστήματος, U είναι η εσωτερική ενέργεια του συστήματος, P είναι η πίεση και V είναι ο όγκος. Η ενθαλπία ενός συστήματος είναι η ένδειξη της ικανότητας αυτού του συστήματος να απελευθερώνει θερμότητα (να κάνει μη μηχανική εργασία). Η ενθαλπία συμβολίζεται με το σύμβολο H.
Ο προσδιορισμός της ενθαλπίας ενός συστήματος μας επιτρέπει να υποδείξουμε εάν μια χημική αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη. Η αλλαγή στην ενθαλπία ενός συστήματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της θερμότητας των αντιδράσεων και επίσης για να προβλέψει εάν μια χημική αντίδραση είναι αυθόρμητη ή μη.
Ποια είναι η σχέση μεταξύ της ελεύθερης ενέργειας και της ενθαλπίας;
Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs και η ενθαλπία σχετίζονται μέσω της ακόλουθης εξίσωσης.
G=H – TS
Στην παραπάνω εξίσωση, G είναι ελεύθερη ενέργεια Gibbs, H είναι η ενθαλπία του συστήματος, Y είναι η θερμοκρασία, η οποία είναι σταθερά και S είναι η εντροπία του συστήματος. Και το G και το H έχουν τις ίδιες μονάδες μέτρησης.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ελεύθερης ενέργειας και της ενθαλπίας;
Δωρεάν ενέργεια εναντίον ενθαλπίας |
|
| Ελεύθερη ενέργεια είναι η ποσότητα ενέργειας που είναι διαθέσιμη για ένα θερμοδυναμικό σύστημα για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας. | Η ενθαλπία ενός συστήματος είναι μια θερμοδυναμική ποσότητα που ισοδυναμεί με τη συνολική θερμική περιεκτικότητα ενός συστήματος. |
| Έννοια | |
| Η δωρεάν ενέργεια δίνει τη συνολική διαθέσιμη ενέργεια για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας. | Ενθαλπία δίνει τη συνολική ενέργεια ενός συστήματος που μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα. |
| Μετατροπή | |
| Η δωρεάν ενέργεια δίνει την ενέργεια που μπορεί να μετατραπεί σε μηχανικό έργο του συστήματος. | Ενθαλπία δίνει την ενέργεια που μπορεί να μετατραπεί σε μη μηχανικό έργο του συστήματος. |
Σύνοψη – Δωρεάν ενέργεια εναντίον ενθαλπίας
Η ελεύθερη ενέργεια και η ενθαλπία ενός θερμοδυναμικού συστήματος αντιπροσωπεύουν ενέργεια που είναι διαθέσιμη σε ένα σύστημα. Η βασική διαφορά μεταξύ της ελεύθερης ενέργειας και της ενθαλπίας είναι ότι η ελεύθερη ενέργεια δίνει τη συνολική διαθέσιμη ενέργεια για την εκτέλεση θερμοδυναμικής εργασίας, ενώ η ενθαλπία δίνει τη συνολική ενέργεια ενός συστήματος που μπορεί να μετατραπεί σε θερμότητα.
