Diferencia entre energía libre y energía libre estándar

Energía libre vs energía libre estándar

¿Qué es la energía libre??

La cantidad de trabajo que puede realizar un sistema termodinámico se conoce como energía libre. La energía libre se puede describir utilizando dos términos, energía libre de Helmholtz y energía libre de Gibbs. En química, cuando usamos la palabra "energía libre", eso significa Gibbs Free Energy. En física, la energía libre se refiere a la energía libre de Helmholtz. Ambos términos se describen a continuación.

La segunda ley de la termodinámica está relacionada con la entropía, y dice: “La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo.La entropía está relacionada con la cantidad de calor generado; esa es la medida en que se ha degradado la energía. Pero, de hecho, la cantidad de trastorno adicional causado por una cantidad dada de calor Q depende de la temperatura. Si ya hace mucho calor, un poco de calor extra no crea mucho más desorden, pero si la temperatura es muy baja, la misma cantidad de calor causará un aumento dramático en el desorden. Por lo tanto, es más apropiado escribir,

ds = dq/t

Para analizar la dirección del cambio, tenemos que considerar los cambios tanto en el sistema como en los alrededores. La siguiente desigualdad de Clausius muestra lo que sucede cuando la energía térmica se transfiere entre el sistema y los alrededores. (Considere que el sistema está en equilibrio térmico con el circundante a la temperatura t)

DS - DQ/T ≥0 .… (1) 

Si la calefacción se realiza a volumen constante, podemos escribir la ecuación anterior (1) de la siguiente manera. Esta ecuación expresa el criterio para una reacción espontánea que tiene lugar solo en términos de funciones estatales.

ds - du/t ≥0

La ecuación se puede reorganizar para obtener la siguiente ecuación.

TDS ≥DU (Ecuación 2), y por lo tanto, se puede escribir como

du - tds ≤0

La expresión anterior puede simplificarse mediante el uso de la energía del término Helmholtz, A, que puede definirse como,

A = u-ts

De las ecuaciones anteriores, podemos derivar un criterio para una reacción espontánea como DA ≤0. Esto establece que un cambio en un sistema a temperatura y volumen constantes es espontáneo si DA ≤0. Entonces, el cambio es espontáneo cuando corresponde a una disminución en la energía de Helmholtz. Por lo tanto, estos sistemas se mueven en una ruta espontánea, para dar un valor más bajo un valor.

La energía libre de Gibbs está relacionada con los cambios que ocurren a presión constante. Cuando la energía térmica se transfiere a presión constante, solo hay trabajo de expansión; Por lo tanto, modificamos y escribimos la ecuación 2 de la siguiente manera.

TDS ≥DH

Esta ecuación se puede reorganizar para dar dh-tds≤0. Con el término Gibbs Free Energy, G, esta ecuación se puede escribir como,

G = H-TS

A temperatura y presión constante, las reacciones químicas son espontáneas en la dirección de disminuir la energía libre de Gibbs. Por lo tanto, DG ≤0

¿Qué es la energía libre estándar??

La energía libre estándar es la energía libre definida en condiciones estándar. Las condiciones estándar son la temperatura, 298 K; presión, 1 atm o 101.3 kPa; y todos los solutos a una concentración de 1 m. La energía libre estándar se denota como Go.