Тегін энергия және стандартты тегін энергия
Бос энергия дегеніміз не?
Термодинамикалық жүйе орындай алатын жұмыс көлемі бос энергия деп аталады. Бос энергияны екі термин арқылы сипаттауға болады, Гельмгольц бос энергиясы және Гиббс бос энергиясы. Химияда біз «бос энергия» сөзін қолданғанда, бұл Гиббстің бос энергиясын білдіреді. Физикада бос энергия Гельмгольцтың бос энергиясына жатады. Екі термин де төменде сипатталған.
Термодинамиканың екінші заңы энтропиямен байланысты және онда «Әлемнің энтропиясы өздігінен жүретін процессте өседі» делінген. Энтропия түзілетін жылу мөлшеріне байланысты; бұл энергияның тозған дәрежесі. Бірақ, шын мәнінде, берілген q жылу мөлшерінен туындаған қосымша бұзылыс мөлшері температураға байланысты. Егер ол қазірдің өзінде өте ыстық болса, аздап қосымша қызу әлдеқайда тәртіпсіздікті тудырмайды, бірақ температура өте төмен болса, бірдей жылу мөлшері тәртіпсіздіктің күрт өсуіне әкеледі. Сондықтан,деп жазған дұрысырақ.
ds=dq/T
Өзгеріс бағытын талдау үшін жүйедегі және қоршаған ортадағы өзгерістерді ескеру керек. Келесі Клаузиус теңсіздігі жүйе мен қоршаған орта арасында жылу энергиясы тасымалданғанда не болатынын көрсетеді. (Жүйенің T температурасындағы қоршаған ортамен жылулық тепе-теңдікте екенін ескеріңіз)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Егер қыздыру тұрақты көлемде орындалса, жоғарыдағы теңдеуді (1) былай жаза аламыз. Бұл теңдеу тек күй функциялары тұрғысынан өздігінен жүретін реакцияның критерийін білдіреді.
dS – dU/T ≥0
Теңдеуді келесі теңдеуді алу үшін қайта реттеуге болады.
TdS ≥dU (2-теңдеу), сондықтан оны түрінде жазуға болады
dU – TdS ≤0
Жоғарыдағы өрнекті Гельмгольц энергиясы, А терминін пайдалану арқылы жеңілдетуге болады, оны келесідей анықтауға болады:
A=U-TS
Жоғарыда келтірілген теңдеулерден dA ≤0 ретінде өздігінен жүретін реакцияның критерийін шығаруға болады. Бұл, егер dA ≤0 болса, жүйенің тұрақты температура мен көлемдегі өзгерісі өздігінен болатынын көрсетеді. Сондықтан өзгеріс Гельмгольц энергиясының төмендеуіне сәйкес болғанда өздігінен жүреді. Демек, бұл жүйелер төменгі A мәнін беру үшін өздігінен қозғалады.
Гиббс бос энергиясы тұрақты қысымда болатын өзгерістерге байланысты. Жылу энергиясы тұрақты қысымда тасымалданғанда тек кеңейту жұмысы болады; сондықтан 2-теңдеуді келесідей өзгертеміз және жазамыз.
TdS ≥dH
Бұл теңдеуді dH-TdS≤0 беру үшін қайта реттеуге болады. Гиббстің бос энергиясы G терминімен бұл теңдеудітүрінде жазуға болады.
G=H-TS
Тұрақты температура мен қысымда химиялық реакциялар Гиббстің бос энергиясының азаю бағытында өздігінен жүреді. Сондықтан, dG ≤0
Стандартты тегін энергия дегеніміз не?
Стандартты бос энергия – стандартты жағдайларда анықталған бос энергия. Стандартты шарттар температура, 298 К; қысым, 1 атм немесе 101,3 кПа; және 1 М концентрациядағы барлық еріген заттар. Стандартты бос энергия Go ретінде белгіленеді.
Бос энергия мен стандартты бос энергияның айырмашылығы неде?
• Химияда бос энергия Гиббстің бос энергиясына жатады. Бұл тұрақты қысымда болатын өзгерістермен байланысты. Стандартты бос энергия – стандартты жағдайларда анықталған бос энергия.
• Сондықтан стандартты бос энергия 298К температурада және 1 атм қысымда беріледі, бірақ бос энергия мәні температура мен қысымға байланысты өзгеруі мүмкін.
