Різниця між енергією Gibbs Free і енергією Helmholtz Free

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Деякі речі відбуваються спонтанно, інші - ні. Напрямок змін визначається розподілом енергії. При спонтанній зміні речі мають тенденцію до стану, в якому енергія більш хаотично розсіюється. Зміна є стихійною, якщо вона призводить до більшої випадковості та хаосу у Всесвіті в цілому. Ступінь хаосу, випадковості чи розсіювання енергії вимірюється функцією стану, яка називається ентропією. Другий закон термодинаміки пов'язаний з ентропією, і він говорить: «ентропія Всесвіту зростає в стихійному процесі». Ентропія пов'язана з кількістю виробленого тепла; це ступінь деградації енергії. Насправді кількість зайвих розладів, викликаних заданою кількістю тепла q, залежить від температури. Якщо вже дуже спекотно, трохи зайвого тепла не створює набагато більше розладів, але якщо температура вкрай низька, така ж кількість тепла спричинить різке зростання розладу. Тому правильніше писати, ds = dq / T.

Щоб проаналізувати напрямок змін, ми повинні розглянути зміни як в системі, так і в оточуючих. Наступна нерівність Клаузія показує, що відбувається при передачі теплової енергії між системою та оточуючими. (Розглянемо, що система знаходиться в тепловій рівновазі з навколишніми при температурі T)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Вільна енергія Гельмгольца

Якщо нагрівання проводиться з постійним об'ємом, ми можемо написати вищенаведене рівняння (1) наступним чином. Це рівняння виражає критерій виникнення спонтанної реакції лише з точки зору функцій держави.

dS - (dU / T) ≥ 0

Рівняння можна переставити, щоб отримати наступне рівняння.

TdS ≥ dU (рівняння 2); тому його можна записати як dU - TdS ≤ 0

Вищенаведене вираз можна спростити за допомогою використання терміна Гельмгольцова енергія 'A', який можна визначити як,

A = U - TS

З наведених рівнянь ми можемо отримати критерій спонтанної реакції як dA≤0. Це говорить про те, що зміна системи при постійній температурі та об'ємі є спонтанною, якщо dA≤0. Отже зміна є мимовільною, коли відповідає зменшенню енергії Гельмгольца. Тому ці системи рухаються спонтанно, щоб надати меншу величину А.

Гіббс безкоштовною енергією

Нас цікавить безкоштовна енергія Гіббса, ніж вільна енергія Гельмгольца в нашій лабораторній хімії. Вільна енергія Гіббса пов'язана зі змінами, що відбуваються при постійному тиску. Коли теплова енергія передається при постійному тиску, відбувається лише робота з розширення; тому ми можемо модифікувати та переписати рівняння (2) наступним чином.

TdS ≥ dH

Це рівняння можна переставити, щоб дати dH - TdS ≤ 0. З терміном вільної енергії Гіббса 'G' це рівняння можна записати як,

G = H - TS

При постійній температурі та тиску хімічні реакції стихійні у напрямку зменшення вільної енергії Гіббса. Тому dG≤0.

Яка різниця між вільною енергією Гіббса та Гельмгольца? • Вільна енергія Гіббса визначається під постійним тиском, а вільна енергія Гельмгольца визначається при постійному обсязі. • Нас цікавить безкоштовна енергія Гіббса на лабораторному рівні, ніж вільна енергія Гельмгольца, оскільки вони виникають при постійному тиску. • При постійній температурі та тиску хімічні реакції стихійні у напрямку зменшення вільної енергії Гіббса. Навпаки, при постійній температурі та об'ємі реакції стихійні у напрямку зменшення вільної енергії Гельмгольца.