Erinevus Gibbi vaba energia ja Helmholtzi vaba energia vahel

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Mõned asjad juhtuvad spontaanselt, teised mitte. Muutuse suuna määrab energia jaotus. Spontaansete muutuste korral kipuvad asjad jõudma seisundisse, kus energia on kaootiliselt hajutatud. Muutus on spontaanne, kui see toob kaasa suurema juhuslikkuse ja kaose kogu universumis tervikuna. Energia kaose, juhuslikkuse või hajumise astet mõõdetakse olekufunktsiooniga, mida nimetatakse entroopiaks. Termodünaamika teine ​​seadus on seotud entroopiaga ja ütleb: "Universumi entroopia suureneb spontaanse protsessi käigus". Entroopia on seotud tekkiva soojushulgaga; see on energia lagunemise ulatus. Tegelikult sõltub kindlast soojushulgast q põhjustatud lisahäirete temperatuur temperatuurist. Kui see on juba eriti kuum, ei tekita natuke lisaküte palju rohkem häireid, kuid kui temperatuur on eriti madal, põhjustab sama palju kuumust häireid dramaatiliselt. Seetõttu on õigem kirjutada, ds = dq / T.

Muutuste suuna analüüsimiseks peame arvestama muutustega nii süsteemis kui ka ümbritsevas. Järgnev Clausius'i ebavõrdsus näitab, mis juhtub soojusenergia ülekandmisel süsteemi ja ümbritseva vahel. (Arvestage, et temperatuur on temperatuuril T ümbritsevaga tasakaalus)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtzi vaba energia

Kui kuumutamine toimub püsimahuga, võime ülaltoodud võrrandi (1) kirjutada järgmiselt. See võrrand väljendab spontaanse reaktsiooni toimumise kriteeriumi ainult olekute funktsioonide osas.

dS - (dU / T) ≥ 0

Võrrandit saab ümber korraldada, et saada järgmine võrrand.

TdS ≥ dU (võrrand 2); seetõttu võib seda kirjutada nii dU - TdS ≤ 0

Ülaltoodud väljendit saab lihtsustada mõiste Helmholtz energy 'A' kasutamisega, mida saab määratleda kui,

A = U - TS

Ülaltoodud võrranditest saame tuletada spontaanse reaktsiooni kriteeriumi kui dA≤0. See väidab, et muutused süsteemis püsival temperatuuril ja ruumalal on spontaansed, kui dA≤0. Seega on muutus spontaanne, kui see vastab Helmholtzi energia vähenemisele. Seetõttu liiguvad need süsteemid spontaansel teel, et anda madalamat A-väärtust.

Gibbs vaba energiat

Meid huvitab Gibbsi vaba energia kui Helmholtzi vaba energia meie laborikeemias. Gibbsi vaba energia on seotud muutustega, mis toimuvad pideval rõhul. Kui soojusenergia kantakse üle püsival rõhul, toimub ainult paisutustöö; seetõttu võime võrrandit (2) järgmiselt muuta ja ümber kirjutada.

TdS ≥ dH

Seda võrrandit saab ümber korraldada nii, et saada dH - TdS ≤ 0. Termini Gibbs vaba energia G korral võib selle võrrandi kirjutada järgmiselt:,

G = H - TS

Konstantsel temperatuuril ja rõhul on keemilised reaktsioonid spontaansed Gibbi vaba energia vähenemise suunas. Seetõttu on dG≤0.

Mis vahe on Gibbsi ja Helmholtzi vaba energia vahel? • Gibbsi vaba energia määratletakse püsiva rõhu all ja Helmholtzi vaba energia määratletakse konstantse ruumala all. • Meid huvitab Gibbi vaba energia laboratoorsel tasemel rohkem kui Helmholtzi vaba energia, kuna need tekivad pideva rõhu korral. • Konstantsel temperatuuril ja rõhul toimuvad keemilised reaktsioonid Gibbsi vaba energia vähenemise suunas spontaanselt. Seevastu püsiva temperatuuri ja ruumala korral toimuvad reaktsioonid spontaanselt Helmholtzi vaba energia vähenemise suunas.