Tenaga Percuma lwn Tenaga Percuma Standard
Apakah itu tenaga percuma?
Jumlah kerja yang boleh dilakukan oleh sistem termodinamik dikenali sebagai tenaga bebas. Tenaga bebas boleh diterangkan menggunakan dua istilah, tenaga bebas Helmholtz dan tenaga bebas Gibbs. Dalam kimia, apabila kita menggunakan perkataan "tenaga bebas" yang bermaksud tenaga bebas Gibbs. Dalam fizik, tenaga bebas merujuk kepada tenaga bebas Helmholtz. Kedua-dua istilah diterangkan di bawah.
Hukum kedua termodinamik berkaitan dengan entropi, dan dikatakan, "entropi alam semesta meningkat dalam proses spontan." Entropi berkaitan dengan jumlah haba yang dihasilkan; itu adalah sejauh mana tenaga telah terdegradasi. Tetapi, sebenarnya, jumlah gangguan tambahan yang disebabkan oleh jumlah haba q tertentu bergantung pada suhu. Jika sudah sangat panas, sedikit haba tambahan tidak menimbulkan lebih banyak gangguan, tetapi jika suhu sangat rendah, jumlah haba yang sama akan menyebabkan peningkatan mendadak dalam gangguan. Oleh itu, adalah lebih sesuai untuk menulis, ds=dq/T
Untuk menganalisis arah perubahan, kita perlu mempertimbangkan perubahan dalam kedua-dua sistem dan persekitaran. Ketaksamaan Clausius berikut menunjukkan apa yang berlaku apabila tenaga haba dipindahkan antara sistem dan persekitaran. (Anggap sistem berada dalam keseimbangan terma dengan persekitaran pada suhu T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Jika pemanasan dilakukan pada isipadu tetap, kita boleh menulis persamaan di atas (1) seperti berikut. Persamaan ini menyatakan kriteria untuk tindak balas spontan berlaku dari segi fungsi keadaan sahaja.
dS – dU/T ≥0
Persamaan boleh disusun semula untuk mendapatkan persamaan berikut.
TdS ≥dU (Persamaan 2), dan oleh itu, ia boleh ditulis sebagai
dU – TdS ≤0
Ungkapan di atas boleh dipermudahkan dengan penggunaan istilah tenaga Helmholtz, A, yang boleh ditakrifkan sebagai, A=U-TS
Daripada persamaan di atas, kita boleh memperoleh kriteria untuk tindak balas spontan sebagai dA ≤0. Ini menyatakan bahawa, perubahan dalam sistem pada suhu dan isipadu malar adalah spontan jika dA ≤0. Jadi perubahan adalah spontan apabila ia sepadan dengan penurunan tenaga Helmholtz. Oleh itu, sistem ini bergerak dalam laluan 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 malar, hanya ada kerja pengembangan; oleh itu, kami mengubah suai dan menulis persamaan 2 seperti berikut.
TdS ≥dH
Persamaan ini boleh disusun semula untuk memberikan dH-TdS≤0. Dengan istilah tenaga bebas Gibbs, G, persamaan ini boleh ditulis sebagai, G=H-TS
Pada suhu dan tekanan malar, tindak balas kimia berlaku secara spontan ke arah mengurangkan tenaga bebas Gibbs. Oleh itu, dG ≤0
Apakah Tenaga Percuma Standard?
Tenaga bebas standard ialah tenaga bebas yang ditakrifkan 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 Percuma dan Tenaga Percuma Standard?
• Dalam kimia, tenaga bebas dirujuk kepada tenaga bebas Gibbs. Ia berkaitan dengan perubahan yang berlaku pada tekanan malar. Tenaga bebas piawai ialah tenaga bebas yang ditakrifkan pada keadaan standard.
• Oleh itu, tenaga bebas standard diberikan pada suhu 298K dan tekanan 1 atm, tetapi nilai tenaga bebas boleh berubah bergantung pada suhu dan tekanan.
