Kľúčový rozdiel – voľná energia vs entalpia
Voľná energia a entalpia sú dva termodynamické pojmy používané na vysvetlenie vzťahu medzi tepelnou energiou a chemickými reakciami, ktoré sa vyskytujú v termodynamickom systéme. Voľná energia alebo termodynamická voľná energia je množstvo práce, ktorú môže vykonať termodynamický systém. Inými slovami, voľná energia je množstvo energie, ktorá je v tomto termodynamickom systéme k dispozícii na vykonanie termodynamickej práce. Entalpia je na druhej strane termodynamická veličina, ktorá predstavuje celkový energetický obsah v termodynamickom systéme. Kľúčový rozdiel medzi voľnou energiou a entalpiou je v tom, že voľná energia poskytuje celkovú energiu dostupnú na vykonávanie termodynamickej práce, zatiaľ čo entalpia udáva celkovú energiu termodynamického systému, ktorú možno premeniť na teplo.
Čo je voľná energia?
Voľná energia je množstvo energie dostupnej pre termodynamický systém na vykonanie termodynamickej práce. Voľná energia má rozmery energie. Hodnota voľnej energie termodynamického systému je určená súčasným stavom systému; nie svojou históriou. V termodynamike sa často diskutuje o dvoch hlavných typoch voľnej energie; Helmholtzova voľná energia a Gibbsova voľná energia.
Helmholtz Voľná energia
Helmholtzova voľná energia je energia, ktorá je k dispozícii v uzavretom termodynamickom systéme na vykonávanie termodynamickej práce pri konštantnej teplote a objeme. Záporná hodnota Helmholtzovej energie teda indikuje maximálnu prácu, ktorú môže termodynamický systém vykonať, ak udrží svoj objem konštantný. Aby sa objem udržal konštantný, časť celkovej termodynamickej práce sa vykonáva ako hraničná práca (aby sa zachovala hranica systému taká, aká je). Rovnica Helmholtzovej energie je uvedená nižšie.
A=U – TS
Kde A je Helmholtzova voľná energia, U je vnútorná energia, T je teplota, ktorá je konštanta a S je entropia systému. Entropia je termodynamická veličina predstavujúca nedostupnosť tepelnej energie systému na premenu na mechanickú prácu.
Obrázok 01: Hermann von Helmholtz bol prvý, kto navrhol koncept Helmholtzovej voľnej energie
Gibbsova voľná energia:
Gibbsova voľná energia je energia, ktorá je k dispozícii v uzavretom termodynamickom systéme na vykonávanie termodynamickej práce pri konštantnej teplote a tlaku. Objem systému sa môže meniť. Voľná energia je označená G. Rovnica Gibbsovej voľnej energie je uvedená nižšie.
G=H – TS
Vo vyššie uvedenej rovnici G je Gibbsova voľná energia, H je entalpia systému, Y je teplota, ktorá je konštanta a S je entropia systému.
Čo je entalpia?
Entalpia systému je termodynamická veličina ekvivalentná celkovému tepelnému obsahu systému. Rovná sa vnútornej energii systému plus súčinu tlaku a objemu. Ide teda o termodynamickú vlastnosť systému. Rovnica entalpie je uvedená nižšie.
H=U + PV
Podľa toho je H entalpia systému, U je vnútorná energia systému, P je tlak a V je objem. Entalpia systému je ukazovateľom schopnosti tohto systému uvoľňovať teplo (vykonávať nemechanickú prácu). Entalpia je označená symbolom H.
Určenie entalpie systému nám umožňuje určiť, či je chemická reakcia exotermická alebo endotermická. Zmena entalpie systému sa môže použiť na určenie reakčného tepla a tiež na predpovedanie, či je chemická reakcia spontánna alebo nespontánna.
Aký je vzťah medzi voľnou energiou a entalpiou?
Gibbsova voľná energia a entalpia spolu súvisia prostredníctvom nasledujúcej rovnice.
G=H – TS
Vo vyššie uvedenej rovnici G je Gibbsova voľná energia, H je entalpia systému, Y je teplota, ktorá je konštanta a S je entropia systému. G aj H majú rovnaké merné jednotky.
Aký je rozdiel medzi voľnou energiou a entalpiou?
Voľná energia vs entalpia |
|
| Voľná energia je množstvo energie dostupnej pre termodynamický systém na vykonanie termodynamickej práce. | Entalpia systému je termodynamická veličina ekvivalentná celkovému tepelnému obsahu systému. |
| Koncept | |
| Voľná energia udáva celkovú energiu dostupnú na vykonávanie termodynamickej práce. | Entalpia udáva celkovú energiu systému, ktorú možno premeniť na teplo. |
| Conversion | |
| Voľná energia dáva energiu, ktorú možno premeniť na mechanickú prácu systému. | Entalpia dáva energiu, ktorú možno premeniť na nemechanickú prácu systému. |
Zhrnutie – Voľná energia vs entalpia
Voľná energia a entalpia termodynamického systému predstavujú energiu, ktorá je v systéme dostupná. Kľúčový rozdiel medzi voľnou energiou a entalpiou je v tom, že voľná energia udáva celkovú energiu dostupnú na vykonávanie termodynamickej práce, zatiaľ čo entalpia udáva celkovú energiu systému, ktorú možno premeniť na teplo.
