Energi bebas termodinamika

Energi bebas termodinamika adalah konsep yang berguna dalam termodinamika proses kimia atau termal dalam bidang teknik dan sains. Perubahan energi bebas adalah jumlah maksimum kerja yang dapat dilakukan oleh sistem termodinamika dalam suatu proses pada suhu konstan, dan tandanya menunjukkan apakah suatu proses disukai atau dilarang secara termodinamika. Karena energi bebas biasanya mencakup energi potensial, nilainya tidak bersifat mutlak namun bergantung pada pilihan titik nolnya. Oleh karena itu, hanya nilai energi bebas relatif, atau perubahan energi bebas, yang bermakna secara fisik.

Energi bebas merupakan fungsi keadaan termodinamika, seperti energi dalam, entalpi, dan entropi.

Energi bebas adalah bagian dari energi hukum pertama yang tersedia untuk melakukan kerja termodinamika pada suhu konstan, yaitu, kerja yang dimediasi oleh energi panas. Energi bebas mengalami kehilangan yang tidak dapat balik selama kerja tersebut. Karena energi hukum pertama selalu kekal, terbukti bahwa energi bebas adalah jenis energi hukum kedua yang dapat dibuang. Beberapa fungsi energi bebas dapat dirumuskan berdasarkan kriteria sistem. Fungsi energi bebas adalah transformasi Legendre dari energi dalam.

Energi bebas Gibbs dinyatakan sebagai G = H − TS, dengan H menunjukkan entalpi, T merupakan suhu absolut, dan S adalah entropi. H = U + pV, dengan U merupakan energi dalam, p adalah tekanan, dan V adalah volume. G sangat berguna bagi berbagai proses yang melibatkan sistem pada keadaan tekanan p dan suhu T konstan, karena, selain memasukkan setiap perubahan entropi hanya karena panas, perubahan dalam G juga mengecualikan kerja p dV yang diperlukan untuk "memberikan ruang bagi molekul tambahan" yang dihasilkan oleh berbagai proses. Oleh karena itu, perubahan energi bebas Gibbs sama dengan kerja yang tidak terkait dengan ekspansi atau kompresi sistem, pada suhu dan tekanan konstan.

Energi bebas Helmholtz yang secara historis lebih awal didefinisikan sebagai A = U − TS. Perubahannya sama dengan jumlah kerja dapat-balik yang dilakukan pada, atau diperoleh dari, sistem pada T konstan. Karenanya sebutan "isi kerja", dan sebutan A dari Arbeit, kata Jerman untuk kerja. Karena tidak mengacu pada kuantitas apa pun yang terlibat dalam kerja (seperti p dan V), fungsi Helmholtz sepenuhnya umum: penurunannya adalah jumlah kerja maksimum yang dapat dilakukan oleh sistem pada suhu konstan, dan dapat meningkat paling banyak dengan jumlah pekerjaan yang dilakukan pada sistem secara isotermal. Energi bebas Helmholtz memiliki kepentingan teoretis khusus karena sebanding dengan logaritma dari fungsi partisi untuk ansambel kanonik pada mekanika statistik. (Oleh karena itu kegunaannya untuk fisikawan; dan untuk ahli kimia dan insinyur fase gas, yang tidak ingin mengabaikan kerja p dV.)

Secara historis, istilah 'energi bebas' telah digunakan untuk kedua kuantitas. Dalam fisika, energi bebas paling sering mengacu pada energi bebas Helmholtz, dilambangkan dengan A (atau F), sedangkan dalam kimia, energi bebas paling sering mengacu pada energi bebas Gibbs. Nilai dari dua energi bebas ini biasanya sangat mirip dan fungsi energi bebas yang dimaksud sering tersirat dalam manuskrip dan presentasi.

Lihat pula

• Eksergi
• Hukum kedua termodinamika
• Superkonduktivitas
• Merle Randall