Ero Gibbs-vapaan energian ja Helmholtz-vapaan energian välillä

Gibbs vapaa energia vs Helmholtz vapaa energia

Jotkut asiat tapahtuvat spontaanisti, toiset eivät. Energian jakautuminen määrää muutoksen suunnan. Spontaanissa muutoksessa asiat ovat yleensä tilassa, jossa energia on jakautunut kaoottisemmin. Muutos on spontaani, jos se johtaa suurempaan satunnaisuuteen ja kaaokseen koko maailmankaikkeudessa. Kaosin, sattumanvaraisuuden tai energian leviämisen astetta mitataan tilafunktiolla, jota kutsutaan entropiaksi. Termodynamiikan toinen laki liittyy entropiaan, ja siinä sanotaan, että "maailmankaikkeuden entropia kasvaa spontaanissa prosessissa". Entropia liittyy tuotetun lämmön määrään; siinä määrin energia on huonontunut. Itse asiassa tietyn määrän lämpöä q aiheuttama ylimääräinen häiriö riippuu lämpötilasta. Jos se on jo erittäin kuuma, vähän ylimääräistä lämpöä ei aiheuta paljon enemmän häiriöitä, mutta jos lämpötila on erittäin matala, sama määrä lämpöä lisää häiriöitä dramaattisesti. Siksi on tarkoituksenmukaisempaa kirjoittaa, ds = dq / T.

Muutoksen suunnan analysoimiseksi on otettava huomioon muutokset sekä järjestelmässä että sitä ympäröivässä. Seuraava Clausius-eriarvoisuus osoittaa, mitä tapahtuu, kun lämpöenergiaa siirretään järjestelmän ja ympäröivän välillä. (Oletetaan, että järjestelmä on termisessä tasapainossa ympäröivän kanssa lämpötilassa T)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtz vapauttaa energiaa

Jos lämmitys tapahtuu vakiona, voimme kirjoittaa yllä olevan yhtälön (1) seuraavasti. Tämä yhtälö ilmaisee kriteerin spontaanin reaktion tapahtumiseksi vain tilatoimintojen perusteella.

dS - (dU / T) ≥ 0

Kaava voidaan järjestää uudelleen, jotta saadaan seuraava yhtälö.

TdS ≥ dU (yhtälö 2); siksi se voidaan kirjoittaa nimellä dU - TdS ≤ 0

Edellä olevaa ilmaisua voidaan yksinkertaistaa käyttämällä termiä Helmholtz energy 'A', joka voidaan määritellä,

A = U - TS

Yllä olevista yhtälöistä voimme johtaa spontaanin reaktion kriteerin dA≤0. Tämä väittää, että muutos järjestelmässä vakiona lämpötilassa ja tilavuudessa on spontaania, jos dA≤0. Joten muutos on spontaania, kun se vastaa Helmholtz-energian vähenemistä. Siksi nämä järjestelmät liikkuvat spontaanisti, antaen pienemmän A-arvon.

Gibbs vapaa energia

Olemme kiinnostuneita Gibbsin vapaasta energiasta kuin Helmholtzin vapaa energia laboratoriokemiasta. Gibbs-vapaa energia liittyy muutoksiin, jotka tapahtuvat vakiopaineessa. Kun lämpöenergia siirretään vakiopaineessa, tapahtuu vain paisuntatyö; Siksi voimme muokata ja kirjoittaa yhtälöä (2) seuraavasti.

TdS ≥ dH

Tämä yhtälö voidaan järjestää uudelleen siten, että saadaan dH - TdS ≤ 0. Termillä Gibbs vapaa energia 'G' tämä yhtälö voidaan kirjoittaa,

G = H-TS

Vakiolämpötilassa ja paineessa kemialliset reaktiot ovat spontaaneja Gibbsin vapaan energian vähentymissuuntaan. Siksi dG≤0.

Mikä on ero Gibbsin ja Helmholtzin vapaan energian välillä?? • Gibbs-vapaa energia määritetään vakiopaineessa, ja Helmholtz-vapaa energia määritetään vakiona tilavuutena. • Meitä kiinnostaa enemmän Gibbsin vapaa energia laboratorion tasolla kuin Helmholtzin vapaa energia, koska ne esiintyvät jatkuvassa paineessa. • Vakiolämpötilassa ja paineessa kemialliset reaktiot tapahtuvat spontaanisti Gibbs-vapaan energian vähentymisen suuntaan. Sitä vastoin vakiona lämpötilassa ja tilavuudessa reaktiot ovat spontaaneja Helmholtz-vapaan energian vähentymisen suuntaan.