Vrije energie is een thermodynamisch concept dat de hoeveelheid energie beschrijft die beschikbaar is in een systeem om nuttig werk te doen. Het wordt vaak weergegeven door het symbool g en is formeel gedefinieerd als:

g =h - ts

Waar:

* g Is de Gibbs -vrije energie

* h is de enthalpie (totale energie van het systeem)

* t is de temperatuur in Kelvin

* s is de entropie (een maat voor wanorde in het systeem)

Hier is een uitsplitsing van wat dit betekent:

* Enthalpy (H): Dit vertegenwoordigt de totale energie van een systeem, inclusief zijn interne energie, druk en volume.

* Entropie (s): Dit vertegenwoordigt de aandoening of willekeur van een systeem. Een systeem met hogere entropie heeft meer willekeur.

* temperatuur (t): Dit is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de moleculen in een systeem.

Hoe verhoudt gratis energie zich op het werk?

Denk aan een systeem als een batterij. De batterij heeft een bepaalde hoeveelheid opgeslagen energie (enthalpie). Niet al die energie kan echter worden gebruikt om werk te doen. Sommige energie gaat verloren door de willekeur van het systeem (entropie). Gratis energie vertegenwoordigt het gedeelte van de totale energie die beschikbaar is om nuttig werk te doen.

spontane processen en vrije energie

Vrije energie is een cruciaal concept voor het begrijpen van spontane processen. Een spontaan proces is er een dat optreedt zonder externe interventie, zoals een bal die bergafwaarts rolt. Het volgende is waar over spontane processen:

* Vrije energie afnemen: Spontane processen gaan altijd gepaard met een afname van vrije energie (ΔG <0). Het systeem geeft energie vrij, waardoor het stabieler wordt.

* toenemende entropie: Spontane processen leiden vaak tot een toename van entropie (AS> 0). Het systeem wordt meer ongeordend.

* evenwicht: Wanneer een systeem een ​​evenwicht bereikt, is de vrije energieverandering nul (ΔG =0). Het systeem bevindt zich in de meest stabiele toestand en er komen spontaan geen verdere veranderingen voor.

Voorbeelden:

* brandend hout: Het verbranden van hout geeft warmte en licht vrij, die vormen van energie zijn. Dit proces is spontaan omdat het leidt tot een afname van vrije energie.

* IJs smelten: IJs smelten in water is een spontaan proces bij temperaturen boven 0 ° C. De toename van de wanorde (meer willekeurige beweging van watermoleculen) leidt tot een afname van vrije energie.

Sleutelpunten:

* Gratis energie is een fundamenteel concept in de thermodynamica.

* Het kwantificeert de hoeveelheid beschikbare energie voor nuttig werk.

* Spontane processen worden gekenmerkt door een afname van vrije energie.

Vrije energie is een krachtig hulpmiddel om het gedrag van chemische en fysische systemen te begrijpen en te voorspellen. Het helpt ons te begrijpen waarom bepaalde reacties spontaan optreden, terwijl anderen externe energie -input vereisen.