Razlika med Gibbs Free Energy in Helmholtz Free Energy

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Nekatere stvari se zgodijo spontano, druge pa ne. Smer sprememb je določena s porazdelitvijo energije. Stvari se pri spontani spremembi težijo k stanju, v katerem se energija bolj kaotično razprši. Sprememba je spontana, če vodi v večjo naključnost in kaos v vesolju kot celoti. Stopnjo kaosa, naključnosti ali raztrosa energije merimo s funkcijo stanja, imenovano entropija. Drugi zakon termodinamike je povezan z entropijo in pravi: "entropija vesolja se poveča v spontanem procesu." Entropija je povezana s količino proizvedene toplote; to je stopnja degradacije energije. Dejansko je količina dodatne motnje, ki jo povzroči določena količina toplote q, odvisna od temperature. Če je že zelo vroče, nekaj dodatne toplote ne povzroča veliko več motenj, če pa je temperatura izredno nizka, bo ista količina toplote povzročila dramatično povečanje motnje. Zato je primerneje napisati, ds = dq / T.

Za analizo smeri sprememb moramo upoštevati spremembe v sistemu in okolici. Naslednja Clausiusova neenakost prikazuje, kaj se zgodi, ko se toplotna energija prenaša med sistem in okolico. (Upoštevajte, da je sistem v toplotnem ravnovesju z okolico pri temperaturi T)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtz brez energije

Če ogrevanje izvajamo s konstantno prostornino, lahko zgornjo enačbo (1) napišemo na naslednji način. Ta enačba izraža merilo za spontano reakcijo le v smislu državnih funkcij.

dS - (dU / T) ≥ 0

Enačbo lahko preuredimo tako, da dobimo naslednjo enačbo.

TdS ≥ dU (enačba 2); zato ga lahko zapišemo kot dU - TdS ≤ 0

Zgornji izraz lahko poenostavimo z uporabo izraza Helmholtz energija 'A', ki ga lahko opredelimo kot,

A = U - TS

Iz zgornjih enačb lahko dobimo merilo za spontano reakcijo kot dA≤0. To pravi, da je sprememba sistema pri konstantni temperaturi in prostornini spontana, če je dA≤0. Torej je sprememba spontana, ko ustreza zmanjšanju energije Helmholtza. Zato se ti sistemi premikajo spontano, da bi dali nižjo vrednost A.

Gibbs brezplačno energijo

Zanima nas Gibbsova brezplačna energija kot Helmholtzova brezplačna energija v naši laboratorijski kemiji. Gibbsova energija je povezana s spremembami, ki se dogajajo pri stalnem pritisku. Ko se toplotna energija prenaša s konstantnim tlakom, obstaja samo razširitveno delo; zato lahko enačbo (2) spremenimo in na novo napišemo na naslednji način.

TdS ≥ dH

To enačbo lahko preuredimo tako, da dobimo dH - TdS ≤ 0. Z izrazom Gibbsova prosta energija „G“ lahko to enačbo zapišemo kot,

G = H - TS

Pri stalni temperaturi in tlaku so kemične reakcije spontane v smeri zmanjševanja Gibbsove proste energije. Zato je dG≤0.

Kakšna je razlika med energijo Gibbs in Helmholtz? • Gibbs prosta energija je določena pod stalnim tlakom, energija brez Helmholtza pa s konstantno prostornino. • Z Gibbsovo brezplačno energijo nas v laboratorijskem nivoju zanima več kot brez Helmholtz energije, ker se pojavljajo pri stalnem tlaku. • Pri stalni temperaturi in tlaku so kemične reakcije spontane v smeri zmanjševanja Gibbsove energije. V nasprotju s tem so pri konstantni temperaturi in volumnu reakcije spontane v smeri zmanjšanja energije brez Helmholtza.