Tenaga Percuma vs Tenaga Bebas Standard
Apakah tenaga Percuma?
Jumlah kerja yang dapat dilakukan oleh sistem termodinamik dikenali sebagai tenaga bebas. Tenaga bebas dapat digambarkan menggunakan dua istilah, tenaga bebas Helmholtz dan tenaga bebas Gibbs. Dalam kimia, apabila kita menggunakan kata "tenaga bebas" yang bermaksud tenaga bebas Gibbs. Dalam fizik, tenaga bebas merujuk kepada tenaga bebas Helmholtz. Kedua-dua istilah tersebut dijelaskan di bawah.
Hukum kedua termodinamik berkaitan dengan entropi, dan mengatakan, "entropi alam semesta meningkat dalam proses spontan." Entropi berkaitan dengan jumlah haba yang dihasilkan; itu adalah sejauh mana tenaga telah menurun. Tetapi, sebenarnya, jumlah gangguan tambahan yang disebabkan oleh jumlah haba tertentu bergantung pada suhu. Sekiranya sudah sangat panas, sedikit haba tambahan tidak akan menimbulkan lebih banyak gangguan, tetapi jika suhunya sangat rendah, jumlah haba yang sama akan menyebabkan peningkatan gangguan secara dramatik. Oleh itu, lebih tepat untuk menulis,
ds = dq / T
Untuk menganalisis arah perubahan, kita harus mempertimbangkan perubahan di kedua sistem dan sekitarnya. Ketaksamaan Clausius berikut menunjukkan apa yang berlaku apabila tenaga haba dipindahkan antara sistem dan sekitarnya. (Pertimbangkan sistem berada dalam keseimbangan termal dengan sekitarnya pada suhu T)
dS - dq / T ≥0. ………… (1)
Sekiranya pemanasan dilakukan pada isipadu tetap, kita dapat menulis persamaan di atas (1) seperti berikut. Persamaan ini menyatakan kriteria untuk reaksi spontan berlaku dari segi fungsi keadaan sahaja.
dS - dU / T ≥0
Persamaan dapat disusun semula untuk mendapatkan persamaan berikut.
TdS ≥dU (Persamaan 2), dan oleh itu, ia boleh ditulis sebagai
dU - TdS ≤0
Ungkapan di atas dapat dipermudah dengan penggunaan istilah energi Helmholtz, A, yang dapat didefinisikan sebagai, A = U-TS
Dari persamaan di atas, kita dapat memperoleh kriteria untuk tindak balas spontan sebagai dA ≤0. Ini menyatakan bahawa, perubahan dalam sistem pada suhu dan isipadu tetap adalah spontan jika dA ≤0. Jadi perubahan itu berlaku secara spontan apabila berkaitan dengan penurunan tenaga Helmholtz. Oleh itu, sistem ini bergerak secara spontan, untuk memberikan nilai A yang lebih rendah.
Tenaga bebas Gibbs berkaitan dengan perubahan yang berlaku pada tekanan berterusan. Apabila tenaga haba dipindahkan pada tekanan berterusan, hanya ada kerja pengembangan; oleh itu, kami mengubah dan menulis persamaan 2 seperti berikut.
TdS ≥dH
Persamaan ini dapat disusun semula untuk memberi dH-TdS≤0. Dengan istilah Gibbs free energy, G, persamaan ini dapat ditulis sebagai, G = H-TS
Pada suhu dan tekanan berterusan, tindak balas kimia secara spontan ke arah penurunan tenaga bebas Gibbs. Oleh itu, dG ≤0
Apakah Tenaga Bebas Standard?
Tenaga bebas standard adalah tenaga bebas yang ditentukan pada keadaan standard. Keadaan standard ialah suhu, 298 K; tekanan, 1 atm atau 101.3 kPa; dan semua zat terlarut pada kepekatan 1 M. Tenaga bebas standard dilambangkan sebagai Go.
Apakah perbezaan antara Tenaga Bebas dan Tenaga Bebas Standard?
• Dalam kimia, tenaga bebas disebut sebagai tenaga bebas Gibbs. Ini berkaitan dengan perubahan yang berlaku pada tekanan berterusan. Tenaga bebas standard adalah tenaga bebas yang ditentukan pada keadaan standard.
• Oleh itu, tenaga bebas standard diberikan pada suhu 298K dan tekanan 1 atm, tetapi nilai tenaga bebas dapat berubah bergantung pada suhu dan tekanan.
