Skillnad mellan Gibbs Free Energy och Helmholtz Free Energy

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Vissa saker händer spontant, andra gör det inte. Ändringsriktningen bestäms av fördelningen av energi. I spontan förändring tenderar saker i ett tillstånd där energin är mer kaotiskt dispergerad. En förändring är spontan, om den leder till större slump och kaos i universum som helhet. Graden av kaos, slumpmässighet eller spridning av energi mäts av en statfunktion som kallas entropi. Den andra lagen om termodynamik är relaterad till entropi, och det står att "universums entropi ökar i en spontan process." Entropi är relaterad till mängden värme som genereras; det är i vilken utsträckning energin har försämrats. Faktum är att mängden extra störning som orsakas av en given mängd värme q beror på temperaturen. Om det redan är extremt varmt, skapar lite extra värme inte mycket mer störning, men om temperaturen är extremt låg, kommer samma mängd värme att orsaka en dramatisk ökning av störningen. Därför är det mer lämpligt att skriva, ds = dq / T.

För att analysera förändringsriktningen måste vi överväga förändringar i både system och omgivningar. Följande Clausius-ojämlikhet visar vad som händer när värmeenergi överförs mellan systemet och omgivningen. (Tänk på att systemet är i termisk jämvikt med omgivningen vid temperaturen T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ... (1)

Helmholtz fri energi

Om uppvärmningen sker med konstant volym kan vi skriva ovanstående ekvation (1) enligt följande. Denna ekvation uttrycker kriteriet för en spontan reaktion endast i form av statliga funktioner.

dS - (dU / T) ≥ 0

Ekvationen kan omordnas för att få följande ekvation.

TdS ≥ dU (ekvation 2); Därför kan det skrivas som dU - TdS ≤ 0

Ovanstående uttryck kan förenklas genom användningen av termen Helmholtz energi 'A', som kan definieras som,

A = U-TS

Från ovanstående ekvationer kan vi härleda ett kriterium för en spontan reaktion som dA≤0. Detta säger att en förändring i ett system vid konstant temperatur och volym är spontan, om dA≤0. Så förändringen är spontan när den motsvarar en minskning av Helmholtz-energin. Därför flyttar dessa system i en spontan väg, för att ge lägre A-värde.

Gibbs fri energi

Vi är intresserade av Gibbs fria energi än Helmholtz fri energi i vår laboratoriekemi. Gibbs fri energi är relaterad till förändringarna som sker med konstant tryck. När värmeenergi överförs vid konstant tryck, är det bara expansionsarbete; Därför kan vi modifiera och skriva om ekvationen (2) enligt följande.

TdS ≥ dH

Denna ekvation kan omordnas för att ge dH-TdS ≤ 0. Med termen Gibbs fri energi 'G' kan denna ekvation skrivas som,

G = H-TS

Vid konstant temperatur och tryck är kemiska reaktioner spontana i riktning mot minskande Gibbs fri energi. Därför är dG <0.

Vad är skillnaden mellan Gibbs och Helmholtz fri energi? • Gibbs fri energi definieras under konstant tryck och Helmholtz fri energi definieras under konstant volym. • Vi är mer intresserade av Gibbs fria energi på laboratorienivå än Helmholtz fri energi, eftersom de förekommer i konstant tryck. • Vid konstant temperatur och tryck är kemiska reaktioner spontana i riktning mot minskad Gibbs fri energi. Däremot är reaktionen vid konstant temperatur och volym spontant i riktning mot att minska Helmholtz-fri energi.