Негізгі айырмашылық – бос энергия мен энтальпия
Еркін энергия және энтальпия - жылу энергиясы мен термодинамикалық жүйеде болатын химиялық реакциялар арасындағы байланысты түсіндіру үшін қолданылатын екі термодинамикалық термин. Бос энергия немесе термодинамикалық бос энергия - термодинамикалық жүйе орындай алатын жұмыс көлемі. Басқаша айтқанда, бос энергия - бұл термодинамикалық жүйеде термодинамикалық жұмысты орындау үшін қол жетімді энергия мөлшері. Энтальпия, керісінше, термодинамикалық жүйедегі жалпы энергия мазмұнын көрсететін термодинамикалық шама. Бос энергия мен энтальпияның негізгі айырмашылығы мынада: бос энергия термодинамикалық жұмысты орындау үшін қол жетімді жалпы энергияны береді, ал энтальпия жылуға түрлендіруге болатын термодинамикалық жүйенің жалпы энергиясын береді.
Бос энергия дегеніміз не?
Еркін энергия – термодинамикалық жүйеге термодинамикалық жұмысты орындау үшін қол жетімді энергия мөлшері. Еркін энергияның энергия өлшемдері бар. Термодинамикалық жүйенің бос энергиясының мәні жүйенің қазіргі күйімен анықталады; тарихымен емес. Термодинамикада жиі талқыланатын бос энергияның екі негізгі түрі бар; Гельмгольц бос энергиясы және Гиббс бос энергиясы.
Гельмгольц бос энергиясы
Гельмгольц бос энергиясы - тұрақты температура мен көлемде термодинамикалық жұмысты орындау үшін жабық, термодинамикалық жүйеде қол жетімді энергия. Демек, Гельмгольц энергиясының теріс мәні термодинамикалық жүйенің көлемін тұрақты ұстау арқылы орындай алатын максималды жұмысты көрсетеді. Көлемді тұрақты ұстау үшін жалпы термодинамикалық жұмыстың бір бөлігі шекаралық жұмыс ретінде орындалады (жүйенің шекарасын сол күйінде сақтау үшін). Гельмгольц энергиясының теңдеуі төменде келтірілген.
A=U – TS
Мұндағы A - Гельмгольц бос энергиясы, U - ішкі энергия, T - температура, ол тұрақты шама, S - жүйенің энтропиясы. Энтропия - механикалық жұмысқа түрлендіру үшін жүйенің жылу энергиясының қолжетімсіздігін көрсететін термодинамикалық шама.
01-сурет: Гельмгольц бос энергиясы тұжырымдамасын алғаш ұсынған Герман фон Гельмгольц
Гиббс бос энергиясы:
Гиббс энергияны тұрақты температура мен қысымда термодинамикалық жұмысты орындау үшін жабық, термодинамикалық жүйеде бар энергияны босатады. Жүйенің көлемі әртүрлі болуы мүмкін. Бос энергия G арқылы белгіленеді. Гиббстің бос энергиясының теңдеуі төменде берілген.
G=H – TS
Жоғарыда келтірілген теңдеуде G – Гиббстің бос энергиясы, H – жүйенің энтальпиясы, Y – тұрақты шама болатын температура және S – жүйенің энтропиясы.
Энтальпия дегеніміз не?
Жүйенің энтальпиясы – жүйенің жалпы жылу мөлшеріне эквивалентті термодинамикалық шама. Ол жүйенің ішкі энергиясына қысым мен көлемнің көбейтіндісіне тең. Сондықтан ол жүйенің термодинамикалық қасиеті болып табылады. Энтальпияның теңдеуі төменде берілген.
H=U + PV
Сәйкесінше, H – жүйенің энтальпиясы, U – жүйенің ішкі энергиясы, P – қысым және V – көлем. Жүйенің энтальпиясы - бұл жүйенің жылу шығару (механикалық емес жұмыстарды орындау) қабілетінің көрсеткіші. Энтальпия H символымен белгіленеді.
Жүйенің энтальпиясын анықтау химиялық реакцияның экзотермиялық немесе эндотермиялық екенін көрсетуге мүмкіндік береді. Жүйе энтальпиясының өзгеруі реакциялардың жылуын анықтау үшін, сондай-ақ химиялық реакцияның өздігінен немесе өздігінен емес екенін болжау үшін пайдаланылуы мүмкін.
Еркін энергия мен энтальпияның арасында қандай байланыс бар?
Гиббстің бос энергиясы мен энтальпиясы келесі теңдеу арқылы байланысқан.
G=H – TS
Жоғарыда келтірілген теңдеуде G – Гиббстің бос энергиясы, H – жүйенің энтальпиясы, Y – тұрақты шама болатын температура және S – жүйенің энтропиясы. G және H екеуінің де өлшем бірліктері бірдей.
Бос энергия мен энтальпияның айырмашылығы неде?
Тегін энергия және Энтальпия |
|
| Еркін энергия – термодинамикалық жүйеге термодинамикалық жұмысты орындау үшін қол жетімді энергия мөлшері. | Жүйенің энтальпиясы – жүйенің жалпы жылу мазмұнына эквивалентті термодинамикалық шама. |
| Тұжырымдама | |
| Еркін энергия термодинамикалық жұмысты орындауға қолжетімді жалпы энергияны береді. | Энтальпия жылуға түрлендіруге болатын жүйенің жалпы энергиясын береді. |
| Конверсия | |
| Еркін энергия жүйенің механикалық жұмысына түрлендіруге болатын энергияны береді. | Энтальпия жүйенің механикалық емес жұмысына түрлендіруге болатын энергияны береді. |
Қорытынды – Бос энергия және Энтальпия
Термодинамикалық жүйенің бос энергиясы мен энтальпиясы жүйеде бар энергияны білдіреді. Бос энергия мен энтальпияның негізгі айырмашылығы мынада: бос энергия термодинамикалық жұмысты орындау үшін қол жетімді жалпы энергияны береді, ал энтальпия жылуға айналуы мүмкін жүйенің жалпы энергиясын береді.
