Énergie gratuite vs énergie gratuite standard
Qu'est-ce que l'énergie libre?
La quantité de travail qu'un système thermodynamique peut effectuer est appelée énergie libre. L'énergie libre peut être décrite en utilisant deux termes, l'énergie libre de Helmholtz et l'énergie libre de Gibbs. En chimie, lorsque nous utilisons le mot «énergie libre», cela signifie énergie libre de Gibbs. En physique, l'énergie libre fait référence à l'énergie libre de Helmholtz. Les deux termes sont décrits ci-dessous.
La deuxième loi de la thermodynamique est liée à l'entropie, et elle dit, «l'entropie de l'univers augmente dans un processus spontané. L'entropie est liée à la quantité de chaleur générée; c'est la mesure dans laquelle l'énergie a été dégradée. Mais, en fait, la quantité de désordre supplémentaire causé par une quantité donnée de chaleur q dépend de la température. S'il fait déjà très chaud, un peu de chaleur supplémentaire ne crée pas beaucoup plus de désordre, mais si la température est très basse, la même quantité de chaleur provoquera une augmentation dramatique du désordre. Il est donc plus approprié d'écrire,
ds = dq / T
Pour analyser la direction du changement, nous devons considérer les changements à la fois du système et de l'environnement. L'inégalité de Clausius suivante montre ce qui se passe lorsque l'énergie thermique est transférée entre le système et l'environnement. (Considérons que le système est en équilibre thermique avec l'environnement à la température T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Si le chauffage est fait à volume constant, nous pouvons écrire l'équation ci-dessus (1) comme suit. Cette équation exprime le critère pour qu'une réaction spontanée se produise en termes de fonctions d'état uniquement.
dS - dU / T ≥0
L'équation peut être réorganisée pour obtenir l'équation suivante.
TdS ≥dU (équation 2), et par conséquent, il peut être écrit comme
dU - TdS ≤0
L'expression ci-dessus peut être simplifiée par l'utilisation du terme énergie de Helmholtz, A, qui peut être défini comme,
A = U-TS
À partir des équations ci-dessus, nous pouvons dériver un critère pour une réaction spontanée comme dA ≤0. Ceci indique qu'un changement dans un système à température et volume constants est spontané si dA ≤0. Le changement est donc spontané lorsqu'il correspond à une diminution de l'énergie de Helmholtz. Par conséquent, ces systèmes se déplacent dans un chemin spontané, pour donner une valeur A inférieure.
L'énergie libre de Gibbs est liée aux changements qui se produisent à pression constante. Lorsque l'énergie thermique est transférée à pression constante, il n'y a qu'un travail d'expansion; par conséquent, nous modifions et écrivons l'équation 2 comme suit.
TdS ≥dH
Cette équation peut être réarrangée pour donner dH-TdS≤0. Avec le terme énergie libre de Gibbs, G, cette équation peut être écrite comme suit:
G = H-TS
A température et pression constantes, les réactions chimiques sont spontanées dans le sens d'une diminution de l'énergie libre de Gibbs. Par conséquent, dG ≤0
Qu'est-ce que l'énergie gratuite standard?
L'énergie libre standard est l'énergie libre définie dans les conditions standard. Les conditions standard sont la température, 298 K; pression, 1 atm ou 101,3 kPa; et tous les solutés à une concentration de 1 M. L'énergie libre standard est désignée par Go.
Quelle est la différence entre l'énergie gratuite et l'énergie gratuite standard?
• En chimie, l'énergie libre est appelée énergie libre de Gibbs. Il est lié aux changements qui se produisent à pression constante. L'énergie libre standard est l'énergie libre définie dans les conditions standard.
• Par conséquent, l'énergie libre standard est donnée à une température de 298K et une pression de 1 atm, mais la valeur d'énergie libre peut changer en fonction de la température et de la pression.
