Energie gratis

În termodinamică , energia liberă a unui sistem este cantitatea de lucru macroscopic pe care sistemul îl poate face asupra mediului. Este o funcție a temperaturii , presiunii și concentrației speciilor chimice luate în considerare.

Energia liberă parțială molară a unei specii chimice la temperatură constantă (T), presiune (p) și compoziție într-un sistem cu mai multe componente este numită potențialul chimic al speciei respective.

Descriere

Potrivit IUPAC, un proces care implică o creștere a energiei libere se numește endoergonic , dacă implică o scădere se numește exergonic .

Energia liberă poate fi definită în două moduri diferite, obținând două funcții diferite de stare termodinamică: energia liberă Helmholtz și energia liberă Gibbs .

Când un sistem de entități chimice (molecule, ioni, radicali) suferă o schimbare, de exemplu datorită unei reacții chimice sau a unei tranziții de fază , există două cantități care tind să aibă două comportamente opuse:

energia liberă tinde să scadă atingând un minim (stare de echilibru);
entropia tinde să crească .

Dacă cu U indicăm energia internă , cu T temperatura și cu S entropia, aceste două comportamente pot fi scrise pur și simplu cu funcția Helmholtz : ^[1]

A=U-TS

{\ displaystyle A = U-TS}

{\ displaystyle A = U-TS}

Această funcție de stare, totuși, poate fi utilizată numai la volum constant (de exemplu într-un container închis). Dacă, pe de altă parte, există o presiune constantă (de exemplu un recipient deschis, așa cum se întâmplă în mod normal în natură), entalpia H = U + pV (unde p este presiunea și V volumul) trebuie înlocuită cu energia internă U, obținându-se astfel cantitatea care trebuie să fie minimă, adică funcția de stare Gibbs : ^[2]

G=H-TS

{\ displaystyle G = H-TS}

{\ displaystyle G = H-TS}

În termeni matematici, H este transformata Legendre Ḷ (U, V) a energiei interne U în raport cu volumul V.

Într-un sistem izolat , energia liberă nu poate crește: rămâne constantă numai în cazul transformărilor reversibile, în alte cazuri scade.

Scăderea G implică imposibilitatea transformărilor energetice cu eficiență unitară și cuantifică așa-numita degradare a energiei . De asemenea, stabilește imposibilitatea unei mișcări perpetue de al doilea fel . Într-o reacție chimică sau o transformare a stării, scăderea acesteia indică spontaneitatea procesului constant T și p.

În termeni matematici A este transformata Legendre Ḷ (U, S) a energiei interne U față de entropia S, în timp ce G este transformata Legendre Ḷ (U, S, V) a energiei interne U față de entropie S și volumul V.

Notă

^ În general, în timp ce fizicienii și inginerii tind să se refere la energia liberă Helmholtz ca F , chimiștii adoptă convenția de a o indica ca A.
^ Silvestroni , p. 141 .

Bibliografie

Paolo Silvestroni, Fundamentals of chemistry , ed. A X-a, CEA, 1996, ISBN 88-408-0998-8 .

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Energie gratuită , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul chimiei

Portalul Energiei

Portalul Termodinamicii

[1] În general, în timp ce fizicienii și inginerii tind să se refere la energia liberă Helmholtz ca F , chimiștii adoptă convenția de a o indica ca A.

[2] Silvestroni , p. 141 .

[1]

[2]