Forskel mellem Gibbs Free Energy og Helmholtz Free Energy

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Nogle ting sker spontant, andre gør det ikke. Ændringsretningen bestemmes af fordelingen af ​​energi. I spontan forandring har tendenser tendens til en tilstand, hvor energien er mere kaotisk spredt. En ændring er spontan, hvis det fører til større tilfældighed og kaos i universet som helhed. Graden af ​​kaos, tilfældighed eller spredning af energi måles ved en tilstandsfunktion kaldet entropien. Den anden lov i termodynamikken er relateret til entropi, og det står, "universets entropi stiger i en spontan proces. "Entropi er relateret til mængden af ​​varme genereret; det er i hvilket omfang energi er blevet nedbrudt. Faktisk afhænger mængden af ​​ekstra lidelse forårsaget af en given mængde varme q af temperaturen. Hvis det allerede er ekstremt varmt, skaber lidt ekstra varme ikke meget mere lidelse, men hvis temperaturen er ekstremt lav, vil den samme mængde varme forårsage en dramatisk stigning i lidelsen. Derfor er det mere hensigtsmæssigt at skrive, ds = dq / T.

For at analysere ændringsretningen skal vi overveje ændringer i både system og omgivelserne. Den følgende Clausius-ulighed viser, hvad der sker, når varmeenergi overføres mellem systemet og omgivelserne. (Overvej at systemet er i termisk ligevægt med omgivelserne ved temperatur T)

dS - (dq / T) ≥ 0 … (1)

Helmholtz fri energi

Hvis opvarmning sker ved konstant volumen kan skrive ovenstående ligning (1) som følger. Denne ligning udtrykker kriteriet for, at en spontan reaktion kun finder sted i form af statslige funktioner.

dS - (dU / T) ≥ 0

Ligningen kan omarrangeres for at få den følgende ligning.

TdS> dU (ligning 2); Derfor kan den skrives som dU - TdS ≤ 0

Ovenstående udtryk kan forenkles ved brugen af ​​udtrykket Helmholtz energi 'A', som kan defineres som

A = U - TS

Fra ovenstående ligninger kan udlede et kriterium for en spontan reaktion som dA≤0. Dette siger, at en ændring i et system ved konstant temperatur og volumen er spontan, hvis dA≤0. Så ændring er spontan, når det svarer til et fald i Helmholtz-energien. Derfor bevæger disse systemer sig i en spontan vej for at give lavere A-værdi.

Gibbs fri energi

Vi er interesserede i Gibbs fri energi end Helmholtz fri energi i vores laboratoriekemi. Gibbs fri energi er relateret til ændringerne sker ved konstant tryk. Når varmeenergien overføres ved konstant tryk, er der kun ekspansionsarbejde; Derfor kan vi ændre og omskrive ligningen (2) som følger.

TdS ≥ dH

Denne ligning kan omlejres for at give dH - TdS ≤ 0. Med udtrykket Gibbs fri energi 'G' kan denne ligning skrives som

G = H - TS

Ved konstant temperatur og tryk er kemiske reaktioner spontane i retning af faldende Gibbs fri energi. Derfor er dG <0.

Hvad er forskellen mellem Gibbs og Helmholtz fri energi? • Gibbs fri energi defineres under konstant tryk, og Helmholtz fri energi defineres under konstant volumen. • Vi er mere interesserede i Gibbs frie energi på laboratorieniveau end Helmholtz fri energi, fordi de sker ved konstant tryk. • Ved konstant temperatur og tryk er kemiske reaktioner spontane i retning af faldende Gibbs fri energi. I modsætning hertil er reaktionerne ved konstant temperatur og volumen spontan i retning af faldende Helmholtz fri energi.