ความแตกต่างที่สำคัญ – พลังงานฟรีเทียบกับเอนทัลปี
พลังงานอิสระและเอนทาลปีเป็นคำศัพท์ทางเทอร์โมไดนามิกสองคำที่ใช้อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานความร้อนและปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในระบบอุณหพลศาสตร์ พลังงานอิสระหรือพลังงานที่ปราศจากเทอร์โมไดนามิกคือปริมาณงานที่ระบบเทอร์โมไดนามิกสามารถทำได้ พลังงานอิสระคือปริมาณพลังงานที่มีอยู่ในระบบอุณหพลศาสตร์นั้นเพื่อทำงานทางอุณหพลศาสตร์ ในทางกลับกัน Enthalpy เป็นปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่แสดงถึงปริมาณพลังงานทั้งหมดในระบบทางอุณหพลศาสตร์ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพลังงานอิสระและเอนทาลปีคือพลังงานอิสระให้พลังงานทั้งหมดที่มีเพื่อทำงานทางอุณหพลศาสตร์ ในขณะที่เอนทาลปีให้พลังงานทั้งหมดของระบบอุณหพลศาสตร์ที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้
พลังงานฟรีคืออะไร
พลังงานอิสระคือปริมาณพลังงานที่มีให้สำหรับระบบอุณหพลศาสตร์เพื่อทำงานทางอุณหพลศาสตร์ พลังงานฟรีมีมิติของพลังงาน ค่าพลังงานอิสระของระบบอุณหพลศาสตร์ถูกกำหนดโดยสถานะปัจจุบันของระบบ ไม่ใช่ตามประวัติของมัน พลังงานอิสระมีสองประเภทหลักที่มักกล่าวถึงในอุณหพลศาสตร์ Helmholtz พลังงานฟรีและ Gibbs พลังงานฟรี
เฮล์มโฮลทซ์พลังงานอิสระ
พลังงานอิสระของเฮล์มโฮลทซ์คือพลังงานที่มีอยู่ในระบบเทอร์โมไดนามิกแบบปิดเพื่อทำงานทางอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิและปริมาตรคงที่ ดังนั้น ค่าลบของพลังงานเฮล์มโฮลทซ์จึงระบุถึงงานสูงสุดที่ระบบอุณหพลศาสตร์สามารถทำได้โดยคงปริมาตรให้คงที่ เพื่อรักษาปริมาตรให้คงที่ งานทางอุณหพลศาสตร์ทั้งหมดจะทำเป็นงานขอบเขต (เพื่อรักษาขอบเขตของระบบตามที่เป็นอยู่) สมการของพลังงานเฮล์มโฮลทซ์แสดงไว้ด้านล่าง
A=U – TS
โดยที่ A คือพลังงานอิสระของเฮล์มโฮลทซ์ U คือพลังงานภายใน T คืออุณหภูมิ ซึ่งเป็นค่าคงที่ และ S คือเอนโทรปีของระบบ เอนโทรปีคือปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่แสดงถึงความไม่พร้อมใช้งานของพลังงานความร้อนของระบบสำหรับการแปลงเป็นงานเครื่องกล
รูปที่ 01: Hermann von Helmholtz เป็นคนแรกที่เสนอแนวคิดของ Helmholtz free energy
กิ๊บส์พลังงานฟรี:
กิ๊บส์ปลดปล่อยพลังงานที่มีอยู่ในระบบเทอร์โมไดนามิกแบบปิดเพื่อทำงานทางอุณหพลศาสตร์ที่อุณหภูมิและความดันคงที่ ปริมาณของระบบอาจแตกต่างกันไป พลังงานฟรีแสดงโดย G สมการของพลังงานฟรีของกิ๊บส์แสดงไว้ด้านล่าง
G=H – TS
ในสมการข้างต้น G คือพลังงานกิ๊บส์ฟรี H คือเอนทาลปีของระบบ Y คืออุณหภูมิซึ่งเป็นค่าคงที่และ S คือเอนโทรปีของระบบ
เอนทาลปีคืออะไร
เอนทัลปีของระบบคือปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่เทียบเท่ากับปริมาณความร้อนทั้งหมดของระบบ เท่ากับพลังงานภายในของระบบบวกกับผลคูณของแรงดันและปริมาตร ดังนั้นจึงเป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ สมการของเอนทาลปีได้รับด้านล่าง
H=U + PV
ตามนั้น H คือเอนทาลปีของระบบ U คือพลังงานภายในของระบบ P คือความดัน V คือปริมาตร เอนทาลปีของระบบเป็นการบ่งชี้ความสามารถของระบบในการปล่อยความร้อน (เพื่อทำงานที่ไม่ใช้กลไก) เอนทาลปีแสดงด้วยสัญลักษณ์ H.
การหาเอนทาลปีของระบบช่วยให้เราระบุได้ว่าปฏิกิริยาเคมีเป็นแบบคายความร้อนหรือดูดความร้อน การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของระบบสามารถใช้เพื่อกำหนดความร้อนของปฏิกิริยาและทำนายว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นเองหรือไม่เกิดขึ้นเอง
ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานอิสระกับเอนทัลปีคืออะไร
พลังงานฟรีของกิ๊บส์และเอนทาลปีสัมพันธ์กันตามสมการต่อไปนี้
G=H – TS
ในสมการข้างต้น G คือพลังงานกิ๊บส์ฟรี H คือเอนทาลปีของระบบ Y คืออุณหภูมิซึ่งเป็นค่าคงที่และ S คือเอนโทรปีของระบบ ทั้ง G และ H มีหน่วยวัดเหมือนกัน
พลังงานอิสระกับเอนทัลปีต่างกันอย่างไร
พลังงานอิสระเทียบกับเอนทาลปี |
|
| พลังงานอิสระคือปริมาณพลังงานที่มีให้สำหรับระบบเทอร์โมไดนามิกเพื่อทำงานเชิงอุณหพลศาสตร์ | เอนทัลปีของระบบคือปริมาณเทอร์โมไดนามิกที่เทียบเท่ากับปริมาณความร้อนทั้งหมดของระบบ |
| แนวคิด | |
| พลังงานฟรีให้พลังงานทั้งหมดที่มีเพื่อทำงานเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ | เอนทัลปีให้พลังงานทั้งหมดของระบบที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้ |
| Conversion | |
| พลังงานอิสระให้พลังงานที่สามารถแปลงเป็นงานเครื่องกลของระบบได้ | เอนทัลปีให้พลังงานที่สามารถแปลงเป็นงานที่ไม่ใช่กลไกของระบบได้ |
สรุป – พลังงานฟรีเทียบกับเอนทัลปี
พลังงานอิสระและเอนทาลปีของระบบเทอร์โมไดนามิกแสดงถึงพลังงานที่มีอยู่ในระบบ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพลังงานอิสระและเอนทาลปีคือพลังงานอิสระให้พลังงานทั้งหมดที่มีเพื่อทำงานทางอุณหพลศาสตร์ ในขณะที่เอนทาลปีให้พลังงานทั้งหมดของระบบที่สามารถแปลงเป็นความร้อนได้