g =h - ts
Där:
* g är Gibbs gratis energi
* h är entalpin (systemets total energi)
* t är temperaturen i Kelvin
* s är entropin (ett mått på störning i systemet)
Här är en uppdelning av vad detta betyder:
* entalpi (h): Detta representerar den totala energin i ett system, inklusive dess inre energi, tryck och volym.
* entropi (er): Detta representerar störningen eller slumpmässigheten hos ett system. Ett system med högre entropi har mer slumpmässighet.
* Temperatur (t): Detta är ett mått på molekylernas genomsnittliga kinetiska energi i ett system.
Hur relaterar fri energi till arbete?
Tänk på ett system som ett batteri. Batteriet har en viss mängd lagrad energi (entalpi). Men inte all den energin kan användas för att göra arbete. Viss energi går förlorad på grund av systemets slumpmässighet (entropi). Fri energi representerar den del av den totala energin som är tillgänglig för att göra användbart arbete.
spontana processer och fri energi
Fri energi är ett avgörande koncept för att förstå spontana processer. En spontan process är en som inträffar utan extern ingripande, som en boll som rullar nedförsbacke. Följande gäller för spontana processer:
* Minskande fri energi: Spontana processer åtföljs alltid av en minskning av fri energi (ΔG <0). Systemet släpper energi och gör den mer stabil.
* ökande entropi: Spontana processer leder ofta till en ökning av entropin (ΔS> 0). Systemet blir mer stört.
* Jämvikt: När ett system når jämvikt är den fria energiförändringen noll (ΔG =0). Systemet är på sitt mest stabila tillstånd och inga ytterligare förändringar inträffar spontant.
Exempel:
* brinnande trä: Brännande trä släpper ut värme och ljus, som är former av energi. Denna process är spontan eftersom den leder till en minskning av fri energi.
* issmältning: Issmältning i vatten är en spontan process vid temperaturer över 0 ° C. Ökningen av störningen (mer slumpmässig rörelse av vattenmolekyler) leder till en minskning av fri energi.
Nyckelpunkter:
* Fri energi är ett grundläggande koncept inom termodynamik.
* Det kvantifierar mängden energi som är tillgänglig för användbart arbete.
* Spontana processer kännetecknas av en minskning av fri energi.
Fri energi är ett kraftfullt verktyg för att förstå och förutsäga beteendet hos kemiska och fysiska system. Det hjälper oss att förstå varför vissa reaktioner inträffar spontant, medan andra kräver extern energiinmatning.
