Klíčový rozdíl – volná energie vs entalpie
Volná energie a entalpie jsou dva termodynamické termíny používané k vysvětlení vztahu mezi tepelnou energií a chemickými reakcemi, ke kterým dochází v termodynamickém systému. Volná energie nebo termodynamická volná energie je množství práce, kterou může termodynamický systém vykonat. Jinými slovy, volná energie je množství energie, která je v tomto termodynamickém systému k dispozici pro provádění termodynamické práce. Entalpie je naproti tomu termodynamická veličina, která představuje celkový obsah energie v termodynamickém systému. Klíčový rozdíl mezi volnou energií a entalpií je v tom, že volná energie poskytuje celkovou energii dostupnou k provádění termodynamické práce, zatímco entalpie udává celkovou energii termodynamického systému, kterou lze přeměnit na teplo.
Co je volná energie?
Volná energie je množství energie dostupné pro termodynamický systém k provedení termodynamické práce. Volná energie má rozměry energie. Hodnota volné energie termodynamického systému je určena současným stavem systému; ne svou historií. V termodynamice se často diskutuje o dvou hlavních typech volné energie; Helmholtzova volná energie a Gibbsova volná energie.
Helmholtz volná energie
Helmholtzova volná energie je energie, která je k dispozici v uzavřeném termodynamickém systému k provádění termodynamické práce při konstantní teplotě a objemu. Záporná hodnota Helmholtzovy energie tedy udává maximální práci, kterou může termodynamický systém vykonat, když udržuje svůj objem konstantní. Aby byl objem konstantní, část celkové termodynamické práce se provádí jako okrajová práce (aby hranice systému zůstala taková, jaká je). Rovnice Helmholtzovy energie je uvedena níže.
A=U – TS
Kde A je Helmholtzova volná energie, U je vnitřní energie, T je teplota, která je konstanta a S je entropie systému. Entropie je termodynamická veličina představující nedostupnost tepelné energie systému pro přeměnu na mechanickou práci.
Obrázek 01: Hermann von Helmholtz byl první, kdo navrhl koncept Helmholtzovy volné energie
Gibbs volná energie:
Gibbs uvolňuje energii energii, která je k dispozici v uzavřeném termodynamickém systému k provádění termodynamické práce při konstantní teplotě a tlaku. Objem systému se může lišit. Volná energie je označena G. Rovnice Gibbsovy volné energie je uvedena níže.
G=H – TS
Ve výše uvedené rovnici je G Gibbsova volná energie, H je entalpie systému, Y je teplota, která je konstantou a S je entropie systému.
Co je entalpie?
Entalpie systému je termodynamická veličina ekvivalentní celkovému tepelnému obsahu systému. Je rovna vnitřní energii systému plus součin tlaku a objemu. Jde tedy o termodynamickou vlastnost systému. Rovnice entalpie je uvedena níže.
H=U + PV
V souladu s tím je H entalpie systému, U je vnitřní energie systému, P je tlak a V je objem. Entalpie systému je ukazatelem schopnosti tohoto systému uvolňovat teplo (provádět nemechanickou práci). Entalpie je označena symbolem H.
Určení entalpie systému nám umožňuje určit, zda je chemická reakce exotermická nebo endotermická. Změna entalpie systému může být použita k určení reakčního tepla a také k předpovědi, zda je chemická reakce spontánní nebo nespontánní.
Jaký je vztah mezi volnou energií a entalpií?
Gibbsova volná energie a entalpie spolu souvisí prostřednictvím následující rovnice.
G=H – TS
Ve výše uvedené rovnici je G Gibbsova volná energie, H je entalpie systému, Y je teplota, která je konstantou a S je entropie systému. G i H mají stejné měrné jednotky.
Jaký je rozdíl mezi volnou energií a entalpií?
Volná energie vs entalpie |
|
| Volná energie je množství energie dostupné pro termodynamický systém k provedení termodynamické práce. | Entalpie systému je termodynamická veličina ekvivalentní celkovému tepelnému obsahu systému. |
| Koncept | |
| Volná energie udává celkovou energii dostupnou k provádění termodynamické práce. | Entalpie udává celkovou energii systému, kterou lze přeměnit na teplo. |
| Konverze | |
| Volná energie dává energii, kterou lze přeměnit na mechanickou práci systému. | Entalpie dává energii, kterou lze přeměnit na nemechanickou práci systému. |
Shrnutí – volná energie vs entalpie
Volná energie a entalpie termodynamického systému představují energii, která je v systému k dispozici. Klíčový rozdíl mezi volnou energií a entalpií je ten, že volná energie udává celkovou energii dostupnou k provádění termodynamické práce, zatímco entalpie udává celkovou energii systému, kterou lze přeměnit na teplo.
