Razlika između Gibbs Free Energy i Helmholtz Free Energy

Gibbs besplatna energija vs Helmholtz besplatna energija

Neke se stvari događaju spontano, druge ne. Smjer promjene određen je raspodjelom energije. Pri spontanoj promjeni stvari imaju tendenciju u stanju u kojem se energija kaotično rasipa. Promjena je spontana, ako dovodi do veće slučajnosti i kaosa u svemiru kao cjelini. Stupanj kaosa, slučajnosti ili rasipanja energije mjeri se funkcijom stanja koja se naziva entropija. Drugi zakon termodinamike povezan je s entropijom i kaže, "entropija svemira raste u spontanom procesu." Entropija je povezana s količinom proizvedene topline; to je stupanj u kojem je energija degradirana. Zapravo, količina dodatnog poremećaja izazvanog određenom količinom topline q ovisi o temperaturi. Ako je već jako vruće, malo dodatne topline ne stvara mnogo više poremećaja, ali ako je temperatura izuzetno niska, ista količina topline uzrokovat će dramatičan porast nereda. Stoga je prikladnije napisati, ds = dq / T.

Da bismo analizirali smjer promjena, moramo razmotriti promjene i u sustavu i u okruženju. Sljedeća Klausijeva nejednakost pokazuje što se događa pri prenosu toplinske energije između sustava i okoline. (Uzmite u obzir da je sustav u toplinskoj ravnoteži s okolinom na temperaturi T)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtz bez energije

Ako se zagrijavanje vrši konstantnom volumenom, gornju jednadžbu (1) možemo napisati na sljedeći način. Ova jednadžba izražava kriterij spontane reakcije samo u smislu državnih funkcija.

dS - (dU / T) ≥ 0

Jednadžba se može preurediti da bi dobila sljedeću jednadžbu.

TdS ≥ dU (jednadžba 2); prema tome, može se zapisati kao dU - TdS ≤ 0

Gornji izraz može se pojednostaviti upotrebom termina Helmholtz energije 'A', koji se može definirati kao,

A = U - TS

Iz gornjih jednadžbi možemo dobiti kriterij za spontanu reakciju kao dA≤0. To kaže da je promjena u sustavu pri konstantnoj temperaturi i volumenu spontana, ako je dA≤0. Stoga je promjena spontana kad odgovara smanjenju Helmholtz energije. Stoga se ovi sustavi kreću spontano, da bi dobili nižu vrijednost A.

Gibbs besplatnu energiju

Zanima nas Gibbsova besplatna energija od Helmholtzove besplatne energije iz naše laboratorijske kemije. Gibbsova energija povezana je s promjenama koje se događaju pod stalnim pritiskom. Kada se toplinska energija prenosi pod konstantnim tlakom, postoji samo rad ekspanzije; stoga jednadžbu (2) možemo izmijeniti i prepisati na sljedeći način.

TdS ≥ dH

Ova se jednadžba može preurediti tako da daje dH - TdS ≤ 0. Izrazom Gibbsove slobodne energije 'G' ta se jednadžba može zapisati kao,

G = H - TS

Pri stalnoj temperaturi i tlaku, kemijske reakcije su spontane u smjeru smanjenja Gibbsove slobodne energije. Stoga je dG≤0.

Koja je razlika između Gibbsove i Helmholtz besplatne energije? • Gibbs slobodna energija definirana je pod konstantnim tlakom, a energija bez Helmholtza definirana je pod konstantnim volumenom. • Zanima nas više Gibbsova besplatna energija u laboratorijskoj razini nego energija bez Helmholtza jer se oni pojavljuju pod stalnim pritiskom. • Pri stalnoj temperaturi i tlaku, kemijske reakcije su spontane u smjeru smanjenja Gibbsove slobodne energije. Suprotno tome, pri konstantnoj temperaturi i volumenu reakcije su spontane u smjeru smanjenja energije bez Helmholtza.