Peamine erinevus – vaba energia vs entalpia
Vaba energia ja entalpia on kaks termodünaamilist terminit, mida kasutatakse soojusenergia ja termodünaamilises süsteemis toimuvate keemiliste reaktsioonide vahelise seose selgitamiseks. Vaba energia ehk termodünaamiline vabaenergia on töö hulk, mida termodünaamiline süsteem suudab teha. Teisisõnu, vaba energia on energia hulk, mis on selles termodünaamilises süsteemis termodünaamilise töö tegemiseks saadaval. Entalpia seevastu on termodünaamiline suurus, mis tähistab termodünaamilise süsteemi koguenergiasisaldust. Peamine erinevus vaba energia ja entalpia vahel on see, et vaba energia annab termodünaamilise töö tegemiseks koguenergia, samas kui entalpia annab termodünaamilise süsteemi koguenergia, mida saab muundada soojuseks.
Mis on vaba energia?
Vaba energia on termodünaamilisele süsteemile termodünaamilise töö tegemiseks saadaolev energia hulk. Vabal energial on energia mõõtmed. Termodünaamilise süsteemi vaba energia väärtuse määrab süsteemi hetkeseisund; mitte selle ajaloo järgi. Termodünaamikas on sageli käsitletud kahte peamist vaba energia tüüpi; Helmholtzi vaba energia ja Gibbsi vaba energia.
Helmholtzi vabaenergia
Helmholtzi vaba energia on energia, mis on saadaval suletud termodünaamilises süsteemis termodünaamilise töö tegemiseks konstantsel temperatuuril ja mahul. Seega näitab Helmholtzi energia negatiivne väärtus maksimaalset tööd, mida termodünaamiline süsteem suudab teha, hoides oma ruumala konstantsena. Mahu konstantsena hoidmiseks tehakse osa kogu termodünaamilisest tööst piirdetööna (et süsteemi piir jääks selliseks, nagu see on). Helmholtzi energia võrrand on toodud allpool.
A=U – TS
Kus A on Helmholtzi vaba energia, U on siseenergia, T on temperatuur, mis on konstant ja S on süsteemi entroopia. Entroopia on termodünaamiline suurus, mis tähistab süsteemi soojusenergia kättesaamatust mehaaniliseks tööks muundamiseks.
Joonis 01: Hermann von Helmholtz pakkus esimesena välja Helmholtzi vaba energia kontseptsiooni
Gibbsi vaba energia:
Gibbs vabastab energiat, mis on saadaval suletud termodünaamilises süsteemis termodünaamilise töö tegemiseks konstantsel temperatuuril ja rõhul. Süsteemi maht võib olla erinev. Vaba energiat tähistab G. Gibbsi vaba energia võrrand on toodud allpool.
G=H – TS
Ül altoodud võrrandis on G Gibbsi vaba energia, H on süsteemi entalpia, Y on temperatuur, mis on konstant ja S on süsteemi entroopia.
Mis on entalpia?
Süsteemi entalpia on termodünaamiline suurus, mis on võrdne süsteemi soojuse kogusisaldusega. See võrdub süsteemi siseenergiaga pluss rõhu ja mahu korrutis. Seetõttu on see süsteemi termodünaamiline omadus. Entalpia võrrand on toodud allpool.
H=U + PV
Sellele vastav alt on H süsteemi entalpia, U süsteemi siseenergia, P rõhk ja V ruumala. Süsteemi entalpia näitab selle süsteemi võimet soojust eraldada (teha mittemehaanilist tööd). Entalpia on tähistatud sümboliga H.
Süsteemi entalpia määramine võimaldab meil näidata, kas keemiline reaktsioon on eksotermiline või endotermiline. Süsteemi entalpia muutust saab kasutada reaktsioonide soojuse määramiseks ja ka selle ennustamiseks, kas keemiline reaktsioon on spontaanne või mittespontaanne.
Milline on suhe vaba energia ja entalpia vahel?
Gibbsi vaba energia ja entalpia on seotud järgmise võrrandiga.
G=H – TS
Ül altoodud võrrandis on G Gibbsi vaba energia, H on süsteemi entalpia, Y on temperatuur, mis on konstant ja S on süsteemi entroopia. Nii G-l kui ka H-l on samad mõõtühikud.
Mis vahe on vabaenergial ja entalpial?
Tasuta energia vs entalpia |
|
| Vaba energia on termodünaamilisele süsteemile termodünaamilise töö tegemiseks saadaolev energia hulk. | Süsteemi entalpia on termodünaamiline suurus, mis on võrdne süsteemi soojuse kogusisaldusega. |
| Kontseptsioon | |
| Tasuta energia annab termodünaamilise töö tegemiseks saadaoleva koguenergia. | Entalpia annab süsteemi koguenergia, mida saab muundada soojuseks. |
| Konversioon | |
| Vaba energia annab energiat, mida saab muuta süsteemi mehaaniliseks tööks. | Entalpia annab energia, mida saab muundada süsteemi mittemehaaniliseks tööks. |
Kokkuvõte – vaba energia vs entalpia
Terodünaamilise süsteemi vaba energia ja entalpia esindavad energiat, mis on süsteemis saadaval. Peamine erinevus vaba energia ja entalpia vahel on see, et vaba energia annab kogu energia, mis on saadaval termodünaamilise töö tegemiseks, samas kui entalpia annab süsteemi koguenergia, mida saab muundada soojuseks.
