L'energia libera è un concetto termodinamico che misura la quantità di energia disponibile in un sistema termodinamico per compiere lavoro utile a temperatura e pressione costante (energia libera di Gibbs) o a temperatura e volume costante (energia libera di Helmholtz). È un potenziale termodinamico che combina l'entalpia (H) o l'energia interna (U) di un sistema con un termine che tiene conto della sua entropia (S).
Esistono due tipi principali di energia libera:
Energia libera di Gibbs (G): Definita come G = H - TS
, dove H è l'entalpia, T è la temperatura assoluta e S è l'entropia. La variazione dell'energia libera di Gibbs (ΔG) è particolarmente utile per prevedere la spontaneità di un processo a temperatura e pressione costanti. Se ΔG < 0, il processo è spontaneo (esoergonico); se ΔG > 0, il processo non è spontaneo (endergonico); se ΔG = 0, il sistema è all'equilibrio. Viene ampiamente utilizzata in chimica e biochimica.
Energia libera di Helmholtz (A): Definita come A = U - TS
, dove U è l'energia interna, T è la temperatura assoluta e S è l'entropia. È più utile per processi a temperatura e volume costanti. La variazione dell'energia libera di Helmholtz (ΔA) indica anche la spontaneità di un processo in queste condizioni. Se ΔA < 0, il processo è spontaneo; se ΔA > 0, il processo non è spontaneo; se ΔA = 0, il sistema è all'equilibrio.
Significato e Applicazioni:
Fattori che Influenzano l'Energia Libera:
In sintesi, l'energia libera è un concetto fondamentale in termodinamica che consente di prevedere la spontaneità dei processi, determinare l'equilibrio e calcolare il lavoro massimo che può essere ottenuto da un sistema.
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