Unterschied zwischen freier Energie und Enthalpie

Schlüsseldifferenz - Frei Energie gegen Enthalpie
 

Freie Energie und Enthalpie sind zwei thermodynamische Begriffe, mit denen der Zusammenhang zwischen Wärmeenergie und chemischen Reaktionen in einem thermodynamischen System erläutert wird. Freie Energie oder thermodynamische freie Energie ist der Arbeitsaufwand, den ein thermodynamisches System leisten kann. Freie Energie ist mit anderen Worten die Energiemenge, die in diesem thermodynamischen System zur Ausführung thermodynamischer Arbeit zur Verfügung steht. Enthalpie ist dagegen eine thermodynamische Größe, die den Gesamtenergiegehalt in einem thermodynamischen System darstellt. Das Hauptunterschied zwischen freier Energie und Enthalpie ist das Freie Energie gibt die gesamte zur Verfügung stehende Energie für thermodynamische Arbeit an, während Enthalpie die Gesamtenergie eines thermodynamischen Systems darstellt, das in Wärme umgewandelt werden kann.

INHALT

1. Übersicht und Schlüsseldifferenz
2. Was ist freie Energie?
3. Was ist Enthalpie?
4. Beziehung zwischen freier Energie und Enthalpie
5. Side-by-Side-Vergleich - Freie Energie gegen Enthalpie in Tabellenform
6. Zusammenfassung

Was ist freie Energie??

Freie Energie ist die Energiemenge, die einem thermodynamischen System zur Durchführung thermodynamischer Arbeit zur Verfügung steht. Freie Energie hat die Dimension von Energie. Der Wert der freien Energie eines thermodynamischen Systems wird durch den gegenwärtigen Zustand des Systems bestimmt; nicht nach seiner geschichte. Es gibt zwei Haupttypen freier Energie, die häufig in der Thermodynamik diskutiert werden. Helmholtz-freie Energie und Gibbs-freie Energie.

Helmholtz Freie Energie

Die freie Helmholtz-Energie ist die Energie, die in einem geschlossenen, thermodynamischen System zur Verfügung steht, um thermodynamische Arbeit bei konstanter Temperatur und Volumen durchzuführen. Der negative Wert der Helmholtz-Energie gibt daher die maximale Arbeit an, die ein thermodynamisches System durch Konstanthalten seines Volumens leisten kann. Um das Volumen konstant zu halten, wird ein Teil der gesamten thermodynamischen Arbeit als Grenzarbeit geleistet (um die Grenze des Systems so zu halten, wie sie ist). Die Gleichung der Helmholtz-Energie ist unten angegeben.

A = U - TS

Wobei A die freie Helmholtz-Energie ist, U die innere Energie ist, T die Temperatur ist, die eine Konstante ist und S die Entropie des Systems ist. Entropie ist eine thermodynamische Größe, die die Nichtverfügbarkeit der thermischen Energie eines Systems zur Umwandlung in mechanische Arbeit darstellt.

Abbildung 01: Hermann von Helmholtz schlug als erster das Konzept der freien Helmholtz-Energie vor

Gibbs Free Energy:

Die Gibbs geben Energie frei. Die Energie, die in einem geschlossenen, thermodynamischen System zur Verfügung steht, um thermodynamische Arbeit bei konstanter Temperatur und konstantem Druck auszuführen. Das Volumen des Systems kann variieren. Freie Energie wird mit G bezeichnet. Die Gleichung von Gibbs freier Energie ist unten angegeben.

G = H - TS

In der obigen Gleichung ist G Gibbs freie Energie, H ist die Enthalpie des Systems, Y ist die Temperatur, die eine Konstante ist, und S ist die Entropie des Systems.

Was ist Enthalpie??

Die Enthalpie eines Systems ist eine thermodynamische Menge, die dem gesamten Wärmeinhalt eines Systems entspricht. Sie entspricht der inneren Energie des Systems plus dem Produkt aus Druck und Volumen. Daher ist es eine thermodynamische Eigenschaft eines Systems. Das Enthalpie-Gleichung ist unten angegeben.

H = U + PV

Dementsprechend ist H die Enthalpie des Systems, U ist die innere Energie des Systems, P ist der Druck und V ist das Volumen. Die Enthalpie eines Systems ist die Anzeige der Fähigkeit dieses Systems, Wärme abzugeben (um nicht mechanische Arbeit zu verrichten). Die Enthalpie wird mit dem Symbol H bezeichnet.

Durch die Bestimmung der Enthalpie eines Systems können wir anzeigen, ob eine chemische Reaktion exotherm oder endotherm ist. Die Enthalpieänderung eines Systems kann dazu verwendet werden, die Reaktionswärme zu bestimmen und auch vorherzusagen, ob eine chemische Reaktion spontan oder nicht spontan ist.

Was ist die Beziehung zwischen freier Energie und Enthalpie?

Die Gibbs-freie Energie und Enthalpie sind durch die folgende Gleichung miteinander verbunden.

G = H - TS

In der obigen Gleichung ist G Gibbs freie Energie, H ist die Enthalpie des Systems, Y ist die Temperatur, die eine Konstante ist, und S ist die Entropie des Systems. Sowohl G als auch H haben die gleichen Maßeinheiten.

Was ist der Unterschied zwischen freier Energie und Enthalpie?

Freie Energie gegen Enthalpie
Freie Energie ist die Energiemenge, die einem thermodynamischen System zur Durchführung thermodynamischer Arbeit zur Verfügung steht.	Die Enthalpie eines Systems ist eine thermodynamische Menge, die dem gesamten Wärmeinhalt eines Systems entspricht.
Konzept
Freie Energie gibt die gesamte zur Verfügung stehende Energie für thermodynamische Arbeit an.	Enthalpie gibt die Gesamtenergie eines Systems an, die in Wärme umgewandelt werden kann.
Umwandlung
Freie Energie gibt die Energie, die in mechanische Arbeit des Systems umgewandelt werden kann.	Enthalpie gibt die Energie an, die in nichtmechanische Arbeit des Systems umgewandelt werden kann.

Zusammenfassung - Kostenlos Energie gegen Enthalpie

Freie Energie und Enthalpie eines thermodynamischen Systems stehen für Energie, die in einem System verfügbar ist. Der Hauptunterschied zwischen freier Energie und Enthalpie besteht darin, dass freie Energie die gesamte zur Verfügung stehende Energie für thermodynamische Arbeit liefert, während Enthalpie die gesamte Energie eines Systems darstellt, das in Wärme umgewandelt werden kann.

Referenz:

1.Die Herausgeber von Encyclopædia Britannica. „Freie Energie.“ Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 5. Januar 2012. Hier verfügbar
2.Helmenstine, Anne Marie, D. „Was ist Enthalpie in Chemie und Physik?“, DachteCo am 25. Januar 2018. Hier verfügbar
3. „Helmholtz freie Energie“. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 17. Februar 2018. Hier verfügbar
4. „Gibbs (freie) Energie“. Chemie LibreTexts, Libretexts, 12. Januar 2018. Hier verfügbar

Bildhöflichkeit:

1. 'Hermann von Helmholtz' (Public Domain) via Commons Wikimedia