Diferența dintre energia gratuită Gibbs și energia gratuită Helmholtz

Energia Gibbs gratuită vs Helmholtz Free Energy

Unele lucruri se întâmplă spontan, altele nu. Direcția schimbării este determinată de distribuția energiei. În schimbarea spontană, lucrurile tind către o stare în care energia este mai dispersată haotic. O schimbare este spontană, dacă duce la o mai mare aleatorie și haos în univers ca întreg. Gradul de haos, aleatorie sau dispersie a energiei este măsurat printr-o funcție de stat numită entropie. A doua lege a termodinamicii este legată de entropie și spune că "entropia universului crește într-un proces spontan". Entropia este legată de cantitatea de căldură generată; care este măsura în care energia a fost degradată. De fapt, cantitatea de tulburări suplimentare cauzate de o anumită cantitate de căldură q depinde de temperatură. Dacă este deja extrem de cald, un pic de căldură suplimentară nu creează mult mai multă tulburare, dar dacă temperatura este extrem de scăzută, aceeași cantitate de căldură va determina o creștere dramatică a tulburării. Prin urmare, este mai potrivit să scrieți, ds = dq / T.

Pentru a analiza direcția schimbării, trebuie să luăm în considerare schimbările atât în ​​sistem, cât și în vecinătate. Următoarea inegalitate Clausius arată ce se întâmplă atunci când energia termică este transferată între sistem și împrejurimi. (Luați în considerare că sistemul este în echilibru termic cu împrejmuirea la temperatura T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ... (1)

Energia liberă Helmholtz

Dacă încălzirea se face la volum constant, putem scrie ecuația de mai sus (1) după cum urmează. Această ecuație exprimă criteriul pentru ca o reacție spontană să aibă loc numai în funcție de funcțiile de stat.

dS - (dU / T) ≥ 0

Ecuația poate fi rearanjată pentru a obține următoarea ecuație.

TdS ≥ dU (ecuația 2); prin urmare, poate fi scris ca dU - TdS ≤ 0

Expresia de mai sus poate fi simplificată prin utilizarea termenului de energie Helmholtz "A", care poate fi definit ca,

A = U - TS

Din ecuațiile de mai sus, putem deduce un criteriu pentru o reacție spontană ca dA≤0. Aceasta afirmă că o schimbare a unui sistem la temperatură și volum constant este spontană, dacă dA≤0. Deci schimbarea este spontană atunci când aceasta corespunde unei scăderi a energiei Helmholtz. Prin urmare, aceste sisteme se mișcă într-o cale spontană, pentru a da o valoare A mai mică.

Energia liberă de la Gibbs

Suntem interesați de energia liberă de la Gibbs decât de energia liberă Helmholtz din chimia noastră de laborator. Energia liberă de la Gibbs este legată de schimbările care se produc la presiune constantă. Atunci când energia termică este transferată la presiune constantă, există numai lucrări de expansiune; prin urmare, putem modifica și rescrie ecuația (2) după cum urmează.

TdS ≥ dH

Această ecuație poate fi rearanjată pentru a da dH - TdS ≤ 0. Cu termenul Gibbs liberă de energie "G", această ecuație poate fi scrisă ca,

G = H - TS

La temperaturi și presiuni constante, reacțiile chimice sunt spontane în direcția scăderii energiei libere a lui Gibbs. Prin urmare, dG≤0.

Care este diferența dintre energia liberă de la Gibbs și Helmholtz? • Energia liberă Gibbs este definită sub presiune constantă, iar energia liberă Helmholtz este definită sub un volum constant. • Suntem mai interesați de energia liberă Gibbs la nivel de laborator decât energia liberă Helmholtz, deoarece acestea se produc la presiune constantă. • La temperaturi si presiuni constante, reactiile chimice sunt spontane in directia scaderii energiei libere Gibbs. În schimb, la temperaturi și volum constante, reacțiile sunt spontane în direcția scăderii energiei gratuite Helmholtz.