Belangrijk verschil - Gratis energie versus enthalpie
Vrije energie en enthalpie zijn twee thermodynamische termen die worden gebruikt om de relatie tussen warmte-energie en chemische reacties in een thermodynamisch systeem te verklaren. Vrije energie of thermodynamische vrije energie is de hoeveelheid werk die een thermodynamisch systeem kan uitvoeren. Met andere woorden, vrije energie is de hoeveelheid energie die beschikbaar is in dat thermodynamische systeem om thermodynamisch werk uit te voeren. Enthalpie daarentegen is een thermodynamische grootheid die de totale energie-inhoud in een thermodynamisch systeem vertegenwoordigt. Het belangrijkste verschil tussen vrije energie en enthalpie is dat vrije energie de totale beschikbare energie geeft om thermodynamisch werk uit te voeren, terwijl enthalpie de totale energie geeft van een thermodynamisch systeem dat kan worden omgezet in warmte.
Wat is gratis energie?
Vrije energie is de hoeveelheid energie die beschikbaar is voor een thermodynamisch systeem om thermodynamisch werk uit te voeren. Vrije energie heeft de dimensies van energie. De waarde van de vrije energie van een thermodynamisch systeem wordt bepaald door de huidige toestand van het systeem; niet door zijn geschiedenis. Er zijn twee hoofdtypen vrije energie die vaak worden besproken in de thermodynamica; Helmholtz vrije energie en Gibbs vrije energie.
Helmholtz Free Energy
De Helmholtz vrije energie is de energie die beschikbaar is in een gesloten, thermodynamisch systeem om thermodynamisch werk uit te voeren bij constante temperatuur en volume. Daarom geeft de negatieve waarde van Helmholtz-energie het maximale werk aan dat een thermodynamisch systeem kan uitvoeren door het volume constant te houden. Om het volume constant te houden, wordt een deel van het totale thermodynamische werk gedaan als grenswerk (om de grens van het systeem te houden zoals het is). De vergelijking van Helmholtz-energie wordt hieronder gegeven.
A=U – TS
Waar A de vrije Helmholtz-energie is, U de interne energie, T een temperatuur, die een constante is en S de entropie van het systeem. Entropie is een thermodynamische grootheid die de onbeschikbaarheid weergeeft van de thermische energie van een systeem voor omzetting in mechanisch werk.
Figuur 01: Hermann von Helmholtz was de eerste die het concept van Helmholtz vrije energie voorstelde
Gibbs gratis energie:
De Gibbs vrije energie de energie die beschikbaar is in een gesloten, thermodynamisch systeem om thermodynamisch werk uit te voeren bij constante temperatuur en druk. Het volume van het systeem kan variëren. Vrije energie wordt aangegeven met G. De vergelijking van Gibbs vrije energie wordt hieronder gegeven.
G=H – TS
In de bovenstaande vergelijking is G Gibbs vrije energie, H is de enthalpie van het systeem, Y is de temperatuur, die een constante is en S is de entropie van het systeem.
Wat is enthalpie?
Enthalpie van een systeem is een thermodynamische grootheid die gelijk is aan de totale warmte-inhoud van een systeem. Het is gelijk aan de interne energie van het systeem plus het product van druk en volume. Daarom is het een thermodynamische eigenschap van een systeem. De vergelijking van enthalpie wordt hieronder gegeven.
H=U + PV
Daarom is H de enthalpie van het systeem, U is de interne energie van het systeem, P is de druk en V is het volume. De enthalpie van een systeem is de indicatie van het vermogen van dat systeem om warmte af te geven (om niet-mechanisch werk te doen). De enthalpie wordt aangegeven met het symbool H.
Door de enthalpie van een systeem te bepalen, kunnen we aangeven of een chemische reactie exotherm of endotherm is. De verandering in enthalpie van een systeem kan worden gebruikt om de hitte van reacties te bepalen en ook om te voorspellen of een chemische reactie spontaan of niet-spontaan is.
Wat is de relatie tussen vrije energie en enthalpie?
De Gibbs vrije energie en enthalpie zijn gerelateerd aan de volgende vergelijking.
G=H – TS
In de bovenstaande vergelijking is G Gibbs vrije energie, H is de enthalpie van het systeem, Y is de temperatuur, die een constante is en S is de entropie van het systeem. Zowel G als H hebben dezelfde meeteenheden.
Wat is het verschil tussen vrije energie en enthalpie?
Gratis energie versus enthalpie |
|
| Vrije energie is de hoeveelheid energie die beschikbaar is voor een thermodynamisch systeem om thermodynamisch werk uit te voeren. | Enthalpie van een systeem is een thermodynamische grootheid die gelijk is aan de totale warmte-inhoud van een systeem. |
| Concept | |
| Gratis energie geeft de totale beschikbare energie om thermodynamisch werk uit te voeren. | Enthalpie geeft de totale energie van een systeem die kan worden omgezet in warmte. |
| Conversie | |
| Gratis energie geeft de energie die kan worden omgezet in mechanische arbeid van het systeem. | Enthalpie geeft de energie die kan worden omgezet in niet-mechanisch werk van het systeem. |
Samenvatting – Vrije energie versus enthalpie
Vrije energie en enthalpie van een thermodynamisch systeem vertegenwoordigen energie die beschikbaar is in een systeem. Het belangrijkste verschil tussen vrije energie en enthalpie is dat vrije energie de totale beschikbare energie geeft om thermodynamisch werk uit te voeren, terwijl enthalpie de totale energie geeft van een systeem dat kan worden omgezet in warmte.
