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L'energia libera di Helmholtz e di Gibbs sono concetti chiave in termodinamica, utili per analizzare sistemi in equilibrio e reazioni chimiche. Queste funzioni di stato permettono di prevedere il lavoro massimo e le condizioni di equilibrio di sistemi a temperatura e pressione costanti, influenzando transizioni di fase e reazioni chimiche.
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L'energia libera di Helmholtz è una misura dell'energia disponibile per compiere lavoro in un sistema termodinamico a temperatura costante, definita come la differenza tra l'energia interna del sistema e il prodotto della sua entropia per la temperatura
Relazione con il lavoro non espansivo
La variazione dell'energia libera di Helmholtz è direttamente correlata al lavoro non espansivo massimo che il sistema può svolgere in un processo termodinamico che va dallo stato iniziale A allo stato finale B, secondo la relazione L ≤ -ΔF, dove l'uguaglianza vale per processi reversibili
Relazione con l'equilibrio stabile
In un sistema isolato, la variazione di F è sempre minore o uguale a zero, indicando che il sistema tende spontaneamente verso stati di minima energia libera, che corrispondono a stati di equilibrio stabile
La relazione differenziale dF = -PdV - SdT mostra come variazioni infinitesime dell'energia libera di Helmholtz siano connesse a variazioni di volume e temperatura, con P che rappresenta la pressione e S l'entropia
L'energia libera di Gibbs è una funzione di stato essenziale per analizzare sistemi termodinamici che subiscono trasformazioni a pressione e temperatura costanti, definita come la differenza tra l'entalpia del sistema e il prodotto della sua entropia per la temperatura
Durante una trasformazione, l'energia libera di Gibbs non può aumentare e i suoi valori minimi corrispondono a stati di equilibrio stabile
La variazione di G in trasformazioni infinitesimali quasi-statiche è data da dG = VdP - SdT, fondamentale per derivare le equazioni di Maxwell e stabilire legami tra variazioni di entropia e pressione
Le transizioni di fase, come l'evaporazione o la fusione, possono essere descritte attraverso l'energia libera di Gibbs e l'equazione di Clausius-Clapeyron, che stabilisce la relazione tra variazione di temperatura e pressione di equilibrio durante una transizione di fase
L'energia libera di Gibbs è fondamentale nello studio delle reazioni chimiche per determinare le condizioni di equilibrio, espressa attraverso la legge delle masse e la costante di equilibrio Kc, che permette di prevedere la direzione e l'estensione di una reazione chimica in condizioni di equilibrio a pressione e temperatura costanti
00
La ______ libera di Helmholtz è calcolata come la differenza tra l'energia interna (U) e il prodotto dell'______ (S) per la temperatura (T).
energia
entropia
01
In un processo termodinamico che procede dallo stato A allo stato B, il lavoro non espansivo massimo è limitato dalla variazione dell'______ libera di Helmholtz, indicata come ΔF.
energia
02
Se un sistema è isolato e non compie lavoro esterno, la variazione dell'______ libera di Helmholtz non sarà mai superiore a zero, indicando una tendenza verso lo stato di ______ stabile.
energia
equilibrio
