Énergie libre contre énergie gratuite standard
Qu'est-ce que l'énergie libre ?
La quantité de travail qu'un système thermodynamique peut effectuer est appelée énergie libre. L'énergie libre peut être décrite en utilisant deux termes, l'énergie libre de Helmholtz et l'énergie libre de Gibbs. En chimie, lorsque nous utilisons le mot "énergie libre", cela signifie énergie libre de Gibbs. En physique, l'énergie libre fait référence à l'énergie libre de Helmholtz. Les deux termes sont décrits ci-dessous.
La deuxième loi de la thermodynamique est liée à l'entropie, et elle dit, "l'entropie de l'univers augmente dans un processus spontané." L'entropie est liée à la quantité de chaleur générée; c'est la mesure dans laquelle l'énergie a été dégradée. Mais, en fait, la quantité de désordre supplémentaire causée par une quantité donnée de chaleur q dépend de la température. S'il fait déjà très chaud, un peu de chaleur supplémentaire ne crée pas beaucoup plus de désordre, mais si la température est très basse, la même quantité de chaleur provoquera une augmentation spectaculaire du désordre. Il est donc plus approprié d'écrire
ds=dq/T
Pour analyser la direction du changement, nous devons considérer les changements à la fois dans le système et dans l'environnement. L'inégalité de Clausius suivante montre ce qui se passe lorsque l'énergie thermique est transférée entre le système et l'environnement. (Considérez que le système est en équilibre thermique avec l'environnement à la température T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Si le chauffage se fait à volume constant, on peut écrire l'équation (1) ci-dessus comme suit. Cette équation exprime le critère pour qu'une réaction spontanée se produise uniquement en termes de fonctions d'état.
dS – dU/T ≥0
L'équation peut être réarrangée pour obtenir l'équation suivante.
TdS ≥dU (Equation 2), et donc, il peut être écrit comme
dU – TdS ≤0
L'expression ci-dessus peut être simplifiée par l'utilisation du terme énergie de Helmholtz, A, qui peut être défini comme, A=U-TS
À partir des équations ci-dessus, nous pouvons dériver un critère pour une réaction spontanée lorsque dA ≤0. Cela indique qu'un changement dans un système à température et volume constants est spontané si dA ≤0. Ainsi, le changement est spontané lorsqu'il correspond à une diminution de l'énergie de Helmholtz. Par conséquent, ces systèmes se déplacent de manière spontanée, pour donner une valeur A inférieure.
L'énergie libre de Gibbs est liée aux changements qui se produisent à pression constante. Lorsque l'énergie calorifique est transférée à pression constante, il n'y a qu'un travail de dilatation; par conséquent, nous modifions et écrivons l'équation 2 comme suit.
TdS ≥dH
Cette équation peut être réarrangée pour donner dH-TdS≤0. Avec le terme énergie libre de Gibbs, G, cette équation peut s'écrire, G=H-TS
À température et pression constantes, les réactions chimiques sont spontanées dans le sens de la diminution de l'énergie libre de Gibbs. Donc, dG ≤0
Qu'est-ce que l'énergie libre standard ?
L'énergie libre standard est l'énergie libre définie dans des conditions standard. Les conditions standard sont la température, 298 K; pression, 1 atm ou 101,3 kPa; et tous les solutés à une concentration de 1 M. L'énergie libre standard est notée Go.
Quelle est la différence entre l'énergie libre et l'énergie libre standard ?
• En chimie, l'énergie libre est appelée énergie libre de Gibbs. Il est lié aux changements qui se produisent à pression constante. L'énergie libre standard est l'énergie libre définie dans des conditions standard.
• Par conséquent, l'énergie libre standard est donnée à une température de 298 K et une pression de 1 atm, mais la valeur de l'énergie libre peut changer en fonction de la température et de la pression.
