Forskjellen mellom Gibbs Free Energy og Helmholtz Free Energy

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Noen ting skjer spontant, andre gjør det ikke. Forandringsretningen bestemmes av fordelingen av energi. I spontan forandring har tingene en tendens til en tilstand der energien er mer kaotisk spredt. En endring er spontan, hvis den fører til større tilfeldighet og kaos i universet som helhet. Graden av kaos, tilfeldighet eller spredning av energi måles ved en tilstandsfunksjon kalt entropi. Den andre loven om termodynamikk er knyttet til entropi, og det står "universets entropi øker i en spontan prosess." Entropi er relatert til mengden varme generert; det er i hvilken utstrekning energi har blitt forringet. Faktisk avhenger mengden ekstra forstyrrelse forårsaket av en gitt mengde varme q av temperaturen. Hvis det allerede er ekstremt varmt, skaper litt ekstra varme ikke mye mer forstyrrelse, men hvis temperaturen er ekstremt lav, vil samme mengde varme føre til en dramatisk økning i sykdommen. Derfor er det mer hensiktsmessig å skrive, ds = dq / T.

For å analysere retningen for forandring må vi vurdere endringer i både system og omgivelsene. Følgende Clausius ulikhet viser hva som skjer når varmeenergi overføres mellom systemet og omgivelsene. (Tenk at systemet er i termisk likevekt med omgivelsene ved temperatur T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ... (1)

Helmholtz fri energi

Hvis oppvarmingen er ferdig med konstant volum, kan vi skrive ovenstående ligning (1) som følger. Denne ligningen uttrykker kriteriet for en spontan reaksjon bare i forhold til statlige funksjoner.

dS - (dU / T) ≥ 0

Ligningen kan omarrangeres for å få følgende ligning.

TdS ≥ dU (ligning 2); Derfor kan det skrives som dU - TdS ≤ 0

Ovennevnte uttrykk kan forenkles ved bruk av begrepet Helmholtz energi 'A', som kan defineres som,

A = U - TS

Fra ovennevnte ligninger kan vi utlede et kriterium for en spontan reaksjon som dA≤0. Dette sier at en endring i et system ved konstant temperatur og volum er spontan, dA≤0. Så endringen er spontan når den tilsvarer en nedgang i Helmholtz-energien. Derfor beveger disse systemene seg i en spontan bane, for å gi lavere A-verdi.

Gibbs fri energi

Vi er interessert i Gibbs fri energi enn Helmholtz-fri energi i vår laboratoriekjemi. Gibbs fri energi er relatert til endringene som skjer ved konstant trykk. Når varmeenergi overføres ved konstant trykk, er det kun ekspansjonsarbeid; Derfor kan vi endre og omskrive ligningen (2) som følger.

TdS ≥ dH

Denne ligningen kan omarrangeres for å gi dH - TdS ≤ 0. Med begrepet Gibbs fri energi 'G' kan denne ligningen skrives som,

G = H - TS

Ved konstant temperatur og trykk er kjemiske reaksjoner spontane i retning av å redusere Gibbs frie energi. Derfor dG <0.

Hva er forskjellen mellom Gibbs og Helmholtz fri energi? • Gibbs fri energi er definert under konstant trykk, og Helmholtz fri energi defineres under konstant volum. • Vi er mer interessert i Gibbs frie energi på laboratorienivå enn Helmholtz fri energi, fordi de skjer ved konstant trykk. • Ved konstant temperatur og trykk er kjemiske reaksjoner spontane i retning av å redusere Gibbs frie energi. I kontrast, ved konstant temperatur og volum, er reaksjonene spontane i retning av å redusere Helmholtz fri energi.