Rozdíl mezi Gibbsovou volnou energií a Helmholtzovou volnou energií

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Některé věci se dějí spontánně, jiné ne. Směr změny je určen distribucí energie. Při spontánní změně mají věci sklon ke stavu, ve kterém je energie chaoticky rozptýlenější. Změna je spontánní, pokud vede k větší náhodnosti a chaosu ve vesmíru jako celku. Stupeň chaosu, náhodnosti nebo rozptylu energie je měřen stavovou funkcí zvanou entropie. Druhý termodynamický zákon souvisí s entropií a říká: „entropie vesmíru se zvyšuje spontánním procesem.“ Entropie souvisí s množstvím generovaného tepla; to je rozsah, ve kterém byla energie degradována. Ve skutečnosti množství extra poruchy způsobené daným množstvím tepla q závisí na teplotě. Pokud je již extrémně horké, trochu dalšího tepla nevytváří mnohem větší poruchu, ale pokud je teplota extrémně nízká, stejné množství tepla způsobí dramatický nárůst poruchy. Proto je vhodnější psát, ds = dq / T.

Abychom mohli analyzovat směr změn, musíme vzít v úvahu změny v systému i v jeho okolí. Následující Clausiova nerovnost ukazuje, co se stane, když se tepelná energie přenáší mezi systémem a okolím. (Uvědomte si, že systém je v tepelné rovnováze s okolím při teplotě T)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtzova bezplatná energie

Pokud se zahřívání provádí při konstantním objemu, můžeme výše uvedenou rovnici (1) zapsat následovně. Tato rovnice vyjadřuje kritérium pro spontánní reakci, která se má uskutečnit pouze z hlediska státních funkcí.

dS - (dU / T) ≥ 0

Rovnice může být uspořádána tak, aby získala následující rovnici.

TdS ≥ dU (rovnice 2); proto jej lze napsat jako dU - TdS ≤ 0

Výše uvedený výraz lze zjednodušit použitím termínu Helmholtzova energie „A“, které lze definovat jako,

A = U - TS

Z výše uvedených rovnic můžeme odvodit kritérium pro spontánní reakci jako dA≤0. Toto říká, že změna v systému při konstantní teplotě a objemu je spontánní, pokud dA≤0. Takže změna je spontánní, když odpovídá snížení Helmholtzovy energie. Proto se tyto systémy pohybují spontánně a dávají nižší hodnotu A..

Gibbsova volná energie

Zajímá nás Gibbsova bezplatná energie než Helmholtzova bezplatná energie v naší laboratorní chemii. Gibbsova volná energie souvisí se změnami, ke kterým dochází při konstantním tlaku. Když je tepelná energie přenášena při konstantním tlaku, dochází pouze k expanzím; proto můžeme modifikovat a přepsat rovnici (2) následovně.

TdS ≥ dH

Tato rovnice může být uspořádána tak, aby dH - TdS ≤ 0. S termínem Gibbsova volná energie „G“ lze tuto rovnici psát jako,

G = H - TS

Při konstantní teplotě a tlaku jsou chemické reakce spontánní ve směru snižování Gibbsovy volné energie. Proto dG≤0.

Jaký je rozdíl mezi Gibbsovou a Helmholtzovou volnou energií?? • Gibbsova volná energie je definována při konstantním tlaku a Helmholtzova volná energie je definována při konstantním objemu. • Máme větší zájem o Gibbsovu volnou energii v laboratorní úrovni než Helmholtzovu volnou energii, protože se vyskytují při konstantním tlaku. • Při konstantní teplotě a tlaku jsou chemické reakce spontánní ve směru snižování Gibbsovy volné energie. Naopak při konstantní teplotě a objemu jsou reakce spontánní ve směru klesající volné energie Helmholtze.