自由能(free energy)和焓(enthalpy)的區別

關鍵區別-自由能與焓

自由能和焓是兩個熱力學術語，用來解釋熱能與熱力學系統中發生的化學反應之間的關係。自由能或熱力學自由能是一個熱力學系統能做的功的量。換言之，自由能是熱力學系統中進行熱力學功的可用能量。另一方面，焓是一個熱力學量，代表一個熱力學系統的總能量含量。自由能和焓的關鍵區別在於，自由能給出了進行熱力學功的總能量，而焓給出了一個熱力學系統可以轉化為熱能的總能量。

什麼是自由能(free energy)？

自由能是熱力學系統進行熱力學功的可用能量。自由能有能量的維度。熱力學系統的自由能值是由系統的當前狀態決定的，而不是由它的歷史決定的。熱力學中經常討論兩種主要的自由能：亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能。

亥姆霍茲自由能

亥姆霍茲自由能是在封閉的熱力學系統中，在恆定的溫度和體積下進行熱力學功的能量。因此，Helmholtz能量的負值表示熱力學系統通過保持其體積常數所能完成的最大功。為了保持體積不變，一些總的熱力學功作為邊界功來做（保持系統的邊界不變）。亥姆霍茲能量方程如下所示。

A=U–TS

其中A是亥姆霍茲自由能，U是內能，T是溫度，它是常數，S是系統的熵。熵是一個熱力學量，表示系統的熱能不能轉化為機械功。

圖01:Hermann von Helmholtz是第一個提出亥姆霍茲自由能概念的人

吉布斯自由能：

吉布斯自由能：在一個封閉的，熱力學系統中，在恆定的溫度和壓力下進行熱力學功的能量。系統的音量可能會有所不同。自由能用G表示。吉布斯自由能方程如下所示。

G=H–TS

在上面的方程中，G是吉布斯自由能，H是系統的焓，Y是溫度，這是一個常數，S是系統的熵。

什麼是焓(enthalpy)？

一個系統的焓是一個相當於系統總熱含量的熱力學量。它等於系統的內能加上壓力和體積的乘積。因此，它是一個系統的熱力學性質。焓方程如下所示。

H=U+PV

因此，H是系統的焓，U是系統的內能，P是壓力，V是體積。系統的焓是系統釋放熱量（做非機械功）的能力的指標。焓用符號H表示。

確定系統的焓，可以指示化學反應是放熱的還是吸熱的。系統焓的變化可以用來確定反應的熱，也可以預測化學反應是自發的還是非自發的。

什麼是自由能與焓的關係(the relati***hip between free energy and enthalpy)？

吉布斯自由能和焓通過下面的方程聯繫起來。

G=H–TS

在上面的方程中，G是吉布斯自由能，H是系統的焓，Y是溫度，這是一個常數，S是系統的熵。G和H的測量單位相同。

自由能(free energy)和焓(enthalpy)的區別

自由能與焓
自由能是熱力學系統進行熱力學功的可用能量。	一個系統的焓是一個相當於系統總熱含量的熱力學量。
概念
自由能給出了進行熱力學功的總能量。	焓表示一個系統可以轉化為熱能的總能量。
轉換
自由能是指能轉化為系統機械功的能量。	焓給出能轉化為系統非機械功的能量。

總結 - 自由能(free energy) vs. 焓(enthalpy)

熱力學系統的自由能和焓表示系統中可用的能量。自由能和焓的關鍵區別在於，自由能給出了進行熱力學功的總能量，而焓給出了一個系統可以轉化為熱能的總能量。

引用

1.大英百科全書的編輯。“自由能源”，《大英百科全書》，大英百科全書，2012年1月5日。這裡有2。赫爾曼斯汀，安妮·瑪麗，D.“什麼是化學和物理中的焓？”？“ThoughtCo，2018年1月25日。可在此處查閱3。”Helmholtz free energy，維基百科，維基媒體基金會，2018年2月17日。可在此處查閱4。“Gibbs（自由）能源”。《化學LibreTexts》，LibreTexts，2018年1月12日。此處提供
2.赫爾曼斯汀，安妮·瑪麗，D.“化學和物理中的焓是什麼？”？“ThoughtCo，2018年1月25日
3.“赫爾姆霍茲自由能源”，維基百科，維基媒體基金會，2018年2月17日
4.“吉布斯（自由）能源”，《化學LibreTexts》，歌詞，2018年1月12日。