Разлика между Gibbs Free Energy и Helmholtz Free Energy

Gibbs Free Energy срещу Helmholtz Free Energy

Някои неща се случват спонтанно, други не. Посоката на промяна се определя от разпределението на енергията. При спонтанна промяна нещата са склонни към състояние, в което енергията е по-хаотично разпръсната. Промяната е спонтанна, ако води до по-голяма случайност и хаос във Вселената като цяло. Степента на хаос, случайност или разпръскване на енергия се измерва чрез функция на състояние, наречена ентропия. Вторият закон на термодинамиката е свързан с ентропията и казва: „ентропията на Вселената се увеличава при спонтанен процес.“ Ентропията е свързана с количеството генерирана топлина; това е степента, в която енергията е била влошена. Всъщност количеството допълнително разстройство, причинено от дадено количество топлина q, зависи от температурата. Ако вече е изключително горещо, малко допълнителна топлина не създава много повече разстройство, но ако температурата е изключително ниска, същото количество топлина ще причини драстично увеличение на разстройството. Следователно е по-подходящо да се пише, ds = dq / T.

За да анализираме посоката на промяна, трябва да разгледаме промените както в системата, така и в заобикалящата я среда. Следващото неравенство на Клаузий показва какво се случва, когато топлинната енергия се прехвърля между системата и околните. (Помислете, че системата е в топлинно равновесие с околните при температура Т)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Хелмхолц без енергия

Ако отоплението се извършва с постоянен обем, можем да напишем горното уравнение (1), както следва. Това уравнение изразява критерия за протичане на спонтанна реакция само по отношение на функциите на държавата.

dS - (dU / T) ≥ 0

Уравнението може да се пренареди, за да получи следното уравнение.

TdS ≥ dU (уравнение 2); следователно, може да се запише като dU - TdS ≤ 0

Горният израз може да бъде опростен с използването на термина Helmholtz energy 'A', който може да бъде дефиниран като,

A = U - TS

От горните уравнения можем да извлечем критерий за спонтанна реакция като dA≤0. Това заявява, че промяна в системата при постоянна температура и обем е спонтанна, ако dA≤0. Така че промяната е спонтанна, когато съответства на намаляване на енергията на Хелмхолц. Следователно тези системи се движат по спонтанен път, за да дадат по-ниска стойност на А.

Получава свободна енергия

Интересуваме се от свободната енергия на Gibbs от безплатната енергия на Helmholtz в нашата лабораторна химия. Свободната енергия на Gibbs е свързана с промените, случващи се при постоянно налягане. Когато топлинната енергия се прехвърля при постоянно налягане, работи само разширяване; следователно, можем да модифицираме и пренапишем уравнението (2), както следва.

TdS ≥ dH

Това уравнение може да се пренареди, за да даде dH - TdS ≤ 0. С термина Gibbs свободна енергия 'G', това уравнение може да бъде записано като,

G = H - TS

При постоянна температура и налягане химичните реакции са спонтанни в посока на намаляване на свободната енергия на Gibbs. Следователно, dG≤0.

Каква е разликата между свободната енергия на Gibbs и Helmholtz? • Свободната енергия на Gibbs се определя при постоянно налягане, а енергията без Helmholtz се определя при постоянен обем. • Ние сме по-заинтересовани от Gibbs безплатна енергия на лабораторно ниво, отколкото от свободната енергия на Helmholtz, защото те се появяват при постоянно налягане. • При постоянна температура и налягане химичните реакции са спонтанни в посока на намаляване на свободната енергия на Gibbs. За разлика от това, при постоянна температура и обем реакциите са спонтанни в посока на намаляване на свободната енергия на Хелмхолц.