Különbség a Gibbs mentes energia és a Helmholtz mentes energia között

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Egyes dolgok spontán módon történnek, mások nem. A változás irányát az energia eloszlása ​​határozza meg. A spontán változás során a dolgok általában olyan állapotba kerülnek, amelyben az energia kaotikusabban oszlik el. A változás spontán, ha nagyobb véletlenszerűségekhez és káoszhoz vezet az egész univerzumban. Az energia káoszának, a véletlenszerűségnek vagy az eloszlásnak az állapotát az entrópia néven nevezett állapotfüggvény méri. A termodinamika második törvénye az entrópiával kapcsolatos, és azt mondja: „A világegyetem entrópiája spontán folyamatban növekszik”. Az entrópia a keletkező hő mennyiségével függ össze; ez az energia lebontásának mértéke. Valójában az adott hőmennyiség által okozott extra rendellenességek mennyisége a hőmérséklettől függ. Ha már rendkívül meleg, akkor egy kis extra hő nem okoz sokkal több zavart, de ha a hőmérséklet rendkívül alacsony, ugyanolyan hőmennyiség jelentősen megnöveli a rendellenességet. Ezért helyesebb ds = dq / T írni.

A változás irányának elemzéséhez figyelembe kell vennünk a rendszerben és a környezőben bekövetkező változásokat. A következő Clausius-egyenlőtlenség megmutatja, hogy mi történik, amikor a hőenergia átkerül a rendszer és a környező között. (Vegye figyelembe, hogy a rendszer hőmérséklete egyensúlyban van a környezővel T hőmérsékleten)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtz mentes energia

Ha a melegítést állandó térfogat mellett végezzük, akkor a fenti (1) egyenletet a következőképpen írhatjuk. Ez az egyenlet a spontán reakció kritériumát fejezi ki csak az állami funkciók szempontjából.

dS - (dU / T) ≥ 0

Az egyenlet átrendezhető, hogy a következő egyenletet kapjuk.

TdS ≥ dU (2. egyenlet); ezért meg lehet írni dU - TdS ≤ 0

A fenti kifejezés egyszerűsíthető a Helmholtz „A” energia kifejezés használatával, amelyet a következőképpen lehet meghatározni:,

A = U - TS

A fenti egyenletekből levezethetjük a spontán reakció kritériumát, mint dA≤0. Ez azt állítja, hogy a rendszer állandó hőmérsékleten és térfogatban történő megváltozása spontán, ha dA≤0. Tehát a változás spontán, amikor a Helmholtz energia csökkenésének felel meg. Ezért ezek a rendszerek spontán úton haladnak, hogy alacsonyabb A értéket kapjanak.

Gibbs szabad energia

A Gibbs-mentes energia érdekli, mint a Helmholtz-mentes energia laboratóriumi kémiánkban. A Gibbs szabad energiája az állandó nyomáson zajló változásokhoz kapcsolódik. Ha a hőenergiát állandó nyomáson továbbítják, akkor csak expanziós munka van; ezért a (2) egyenletet az alábbiak szerint módosíthatjuk és újraírhatjuk.

TdS ≥ dH

Ez az egyenlet átrendezhető úgy, hogy dH - TdS ≤ 0 legyen. A Gibbs szabad energia 'G' kifejezéssel ezt az egyenletet úgy írhatjuk, hogy,

G = H-TS

Állandó hőmérsékleten és nyomáson a kémiai reakciók spontán módon alakulnak ki a Gibbs szabad energiájának csökkenése irányában. Ezért dG≤0.

Mi a különbség a Gibbs és a Helmholtz mentes energia között?? • A Gibbs szabad energiáját állandó nyomás alatt határozzuk meg, a Helmholtz szabad energiáját állandó térfogat alatt. • A Gibbs-mentes energia laboratóriumi szinten jobban érdekli őket, mint a Helmholtz-mentes energia, mert állandó nyomáson fordulnak elő.. • Állandó hőmérsékleten és nyomáson a kémiai reakciók spontán módon alakulnak ki a Gibbs-mentes energia csökkenése irányában. Ezzel szemben állandó hőmérsékleten és térfogatban a reakciók spontán módon alakulnak a Helmholtz mentes energia csökkenése irányában.