Rozdiel medzi Gibbsovou bezplatnou energiou a Helmholtzovou bezplatnou energiou

Gibbsova bezplatná energia vs Helmholtzova bezplatná energia

Niektoré veci sa dejú spontánne, iné nie. Smer zmeny je určený distribúciou energie. Pri spontánnej zmene majú veci sklon k stavu, v ktorom je energia chaotickejšie rozptýlená. Zmena je spontánna, ak vedie k väčšej náhodnosti a chaosu vo vesmíre ako celku. Stupeň chaosu, náhodnosti alebo rozptylu energie sa meria štátnou funkciou nazývanou entropia. Druhý zákon termodynamiky súvisí s entropiou a hovorí: „entropia vesmíru sa zvyšuje spontánnym procesom.“ Entropia súvisí s množstvom generovaného tepla; to je miera, do akej bola energia degradovaná. V skutočnosti množstvo mimoriadnej poruchy spôsobenej daným množstvom tepla q závisí od teploty. Ak je už extrémne horúco, trochu tepla navyše nevytvára oveľa viac poruchy, ale ak je teplota veľmi nízka, rovnaké množstvo tepla spôsobí dramatické zvýšenie poruchy. Preto je vhodnejšie písať ds = dq / T.

Aby sme mohli analyzovať smer zmeny, musíme vziať do úvahy zmeny v systéme aj v okolitom prostredí. Nasledujúca Clausiova nerovnosť ukazuje, čo sa stane, keď sa tepelná energia prenáša medzi systémom a okolím. (Zvážte, že systém je v tepelnej rovnováhe s okolím pri teplote T)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtzova voľná energia

Ak sa zahrievanie uskutočňuje pri konštantnom objeme, vyššie uvedenú rovnicu (1) môžeme napísať nasledujúcim spôsobom. Táto rovnica vyjadruje kritérium pre spontánnu reakciu, ktorá sa má uskutočniť iba z hľadiska štátnych funkcií.

dS - (dU / T) ≥ 0

Rovnica môže byť usporiadaná tak, aby sa získala nasledujúca rovnica.

TdS ≥ dU (rovnica 2); preto ho možno písať ako dU - TdS ≤ 0

Vyššie uvedený výraz sa môže zjednodušiť použitím termínu Helmholtzova energia „A“, ktoré možno definovať ako,

A = U - TS

Z vyššie uvedených rovníc môžeme odvodiť kritérium pre spontánnu reakciu ako dA≤0. To znamená, že zmena v systéme pri konštantnej teplote a objeme je spontánna, ak je dA≤0. Takže zmena je spontánna, keď zodpovedá zníženiu Helmholtzovej energie. Preto sa tieto systémy pohybujú spontánnou cestou, aby dávali nižšiu hodnotu A..

Gibbsova bezplatná energia

Zaujíma nás Gibbsova bezplatná energia ako Helmholtzova bezplatná energia v našej laboratórnej chémii. Gibbsova voľná energia súvisí so zmenami, ku ktorým dochádza pri konštantnom tlaku. Ak sa tepelná energia prenáša pri konštantnom tlaku, dochádza len k expanzii; Preto môžeme modifikovať a prepisovať rovnicu (2) nasledujúcim spôsobom.

TdS ≥ dH

Táto rovnica môže byť preusporiadaná tak, aby dH - TdS ≤ 0. Pri termíne Gibbsovej voľnej energie „G“ môže byť táto rovnica písaná ako,

G = H - TS

Pri konštantnej teplote a tlaku sú chemické reakcie spontánne v smere klesajúcej Gibbsovej voľnej energie. Preto dG≤0.

Aký je rozdiel medzi bezplatnou energiou Gibbs a Helmholtz? • Gibbsova bezplatná energia je definovaná pri konštantnom tlaku a Helmholtzova bezplatná energia je definovaná pri konštantnom objeme. • Máme väčší záujem o Gibbsovu bezplatnú energiu v laboratórnej úrovni ako Helmholtzova bezplatná energia, pretože sa vyskytujú pri konštantnom tlaku. • Pri konštantnej teplote a tlaku sú chemické reakcie spontánne v smere znižovania Gibbsovej voľnej energie. Naopak, pri konštantnej teplote a objeme sú reakcie spontánne v smere klesajúcej Helmholtzovej voľnej energie.