Mi az a szabadenergia és a szabadentalpia?

Eleinte (nem felsőfokon) azt tanultad, hogy a folyamatok az energiaminimum irányában mennek végbe spontán. Aztán amikor a fotószakkörön fixírsót oldottál vízben, meglepődve tapasztaltad, hogy az oldat lehűl. Hogy is van ez? - kérdezhetnéd.

Nos számít az entrópia, a rendezetlenség is. A tökéletes gáz spontán kiterjed a vákumba, miközben a belső energiája nem változik (Gay-Lussac kísérlet).

Felsőbb szinten tehát szükség van a pontosabb megfogalmazásra:

entalpia : H=U+pV

(H entalpia, U belső energia, p nyomás, V térfogat)

Állandó nyomáson tehát (vagyis amikor a rendszer szabadon tágulhat) a közölt hő az entalpia változását adja meg. Ha egy reakció ilyen körülmények között megy végbe, akkor tehát a folyamathoz tartozó entalpiaváltozást célszerű megadni.

szabadentalpia, vagy Gibbs-féle szabadenergia: G = H - TS

(G szabadentalpia, H entalpia, T hőmérséklet, S entrópia)

A folyamatok spontán a szabadentalpia csökkenés irányában mennek végbe! G extenzív (összeadódó) mennyiség, azaz keverékek esetében a szabadentalpia a komponensek szabadentalpiáinak összege.

Valahogy úgy lehet ezt megérteni, hogy pl. ha elégetjük a szenet, mert fűteni akarunk, akkor nem fogjuk tudni kinyerni a szén összes energiáját (ez lenne az entalpia), mert az energiájának egy része arra fordítódik, hogy a keletkező füst "helyet csinál magának" a légkörben a levegő nyomásával ellentétben. Tehát az entalpiából levonódik a táguláshoz szükséges térfogati munka, és ami megmarad az a belső energia az U, és csak az szabadul fel hőként.

A szabadenergia meg szabadentalpia az meg az olyan értelmben vett "kinyerhető" energia illetve entalpia, amiből az entrópia is le van vonva, vagyis ami hasznos munkává alakítható, és nem fecsérlődik el hőként. Mert ugye ha van egy nagynyomású gázom, akkor azzal tudok áramot termelni, ha úgy engedem kitágulni, hogy közben megforgat egy "malomkereket" és a kerék meg egy generátort. Eközben a gáz lehűl, mert az energiáját átadja a keréknek. Viszont ha ezt úgy engedem kitágulni, hogy nem teszek elébe semmit (sem kereket, sem dugattyút) akkor nem hűl le, mert nem csökken az energiája, hiszen nem adta át semminek, viszont én ezt az energiát már nem tudom belőle többé kinyerni, hiszen ha már kitágult légköri nyomásra, akkor nem fog tovább tágulni, tehát számomra mégis elveszett, mert már nem szabadenergiaként van jelen többé.