Atšķirība starp Gibbs bezmaksas enerģiju un Helmholtz bezmaksas enerģiju

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Dažas lietas notiek spontāni, citas ne. Pārmaiņu virzienu nosaka enerģijas sadalījums. Spontānās pārmaiņās lietām ir tendence uz stāvokli, kurā enerģija ir haotiski izkliedēta. Izmaiņas notiek spontāni, ja tās rada lielāku nejaušību un haosu visā Visumā kopumā. Haosa, nejaušības vai enerģijas izkliedes pakāpi mēra ar stāvokļa funkciju, ko sauc par entropiju. Otrais termodinamikas likums ir saistīts ar entropiju, un tas saka: “Visuma entropija palielinās spontānā procesā”. Entropija ir saistīta ar saražotā siltuma daudzumu; tas ir enerģijas degradācijas pakāpe. Faktiski papildu traucējumu daudzums, ko izraisa dotais siltuma daudzums q, ir atkarīgs no temperatūras. Ja tas jau ir ārkārtīgi karsts, mazliet papildu karstums nerada daudz vairāk traucējumu, bet, ja temperatūra ir ārkārtīgi zema, tāds pats siltuma daudzums radīs dramatisku traucējumu palielināšanos. Tāpēc pareizāk ir rakstīt, ds = dq / T.

Lai analizētu pārmaiņu virzienu, mums jāapsver izmaiņas gan sistēmā, gan apkārtējā vidē. Sekojošā Clausius nevienādība parāda, kas notiek, kad siltuma enerģija tiek pārnesta starp sistēmu un apkārtējo. (Ņemiet vērā, ka temperatūra T ir termiskā līdzsvarā ar apkārtējo temperatūrā T)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtz bezmaksas enerģija

Ja sildīšana tiek veikta nemainīgā tilpumā, mēs varam uzrakstīt iepriekš minēto vienādojumu (1) šādi. Šis vienādojums izsaka spontānas reakcijas kritēriju tikai stāvokļa funkcijām.

dS - (dU / T) ≥ 0

Vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu šādu vienādojumu.

TdS ≥ dU (2. vienādojums); tāpēc to var uzrakstīt kā dU - TdS ≤ 0

Iepriekš minēto izteicienu var vienkāršot, lietojot terminu Helmholtz energy 'A', ko var definēt kā,

A = U - TS

No iepriekšminētajiem vienādojumiem mēs varam iegūt spontānas reakcijas kritēriju kā dA≤0. Tas norāda, ka izmaiņas sistēmā pastāvīgā temperatūrā un tilpumā notiek spontāni, ja dA≤0. Tātad izmaiņas notiek spontāni, kad tās atbilst Helmholtz enerģijas samazinājumam. Tāpēc šīs sistēmas pārvietojas spontāni, lai iegūtu zemāku A vērtību.

Gibbs bez enerģijas

Mūs interesē Gibba enerģija, kas nav Helmholtz enerģija, mūsu laboratorijas ķīmijā. Gibbsa brīvā enerģija ir saistīta ar izmaiņām, kas notiek pie pastāvīga spiediena. Kad siltuma enerģija tiek nodota pastāvīgā spiedienā, notiek tikai izplešanās darbs; tāpēc vienādojumu (2) var modificēt un pārrakstīt šādi.

TdS ≥ dH

Šo vienādojumu var pārkārtot, lai iegūtu dH - TdS ≤ 0. Ar terminu Gibbs brīvā enerģija “G” šo vienādojumu var uzrakstīt šādi:,

G = H - TS

Pastāvīgā temperatūrā un spiedienā ķīmiskās reakcijas notiek spontāni Gibsa brīvās enerģijas samazināšanās virzienā. Tāpēc dG≤0.

Kāda ir atšķirība starp Gibbs un Helmholtz brīvo enerģiju? • Gibba brīvā enerģija tiek definēta pastāvīgā spiedienā, un Helmholtz brīvā enerģija tiek definēta pastāvīgā tilpumā. • Mūs vairāk interesē Gibbs bezmaksas enerģija laboratorijas līmenī nekā Helmholtz brīvā enerģija, jo tie notiek pastāvīgā spiedienā. • Pastāvīgā temperatūrā un spiedienā ķīmiskās reakcijas notiek spontāni Gibsa brīvās enerģijas samazināšanās virzienā. Turpretī nemainīgā temperatūrā un tilpumā reakcijas notiek spontāni virzienā, kurā samazinās Helmholtz brīvā enerģija.