Skirtumas tarp energijos be Gibbs ir Helmholtz

„Gibbs Free Energy“ palyginti su „Helmholtz Free Energy“

Kai kurie dalykai vyksta spontaniškai, kiti - ne. Pokyčio kryptį lemia energijos pasiskirstymas. Įvykus spontaniškiems pokyčiams, energija pasiskirsto chaotiškai. Pokytis yra spontaniškas, jei jis lemia didesnį atsitiktinumą ir chaosą visoje visatoje. Chaoso, atsitiktinumo ar energijos pasiskirstymo laipsnis matuojamas būsenos funkcija, vadinama entropija. Antrasis termodinamikos dėsnis yra susijęs su entropija ir sako: „Visatos entropija didėja savaiminio proceso metu“. Entropija yra susijusi su generuojamos šilumos kiekiu; tai yra energijos laipsnis. Iš tikrųjų papildomų sutrikimų, kuriuos sukelia nurodytas šilumos kiekis q, kiekis priklauso nuo temperatūros. Jei jau yra ypač karšta, šiek tiek papildomo karščio daugiau sutrikimų nesukelia, tačiau jei temperatūra yra ypač žema, toks pats šilumos kiekis labai padidins sutrikimą. Todėl tikslingiau rašyti, ds = dq / T.

Norėdami išanalizuoti pokyčių kryptį, turime atsižvelgti į pokyčius tiek sistemoje, tiek aplinkiniuose. Toliau pateikta Clausius nelygybė parodo, kas nutinka, kai šilumos energija perduodama iš sistemos į aplinkinius. (Apsvarstykite, kad temperatūra yra T pusiausvyroje su aplinka esant T temperatūrai)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

„Helmholtz“ energija nemokama

Jei šildymas vyksta pastoviu tūriu, mes galime parašyti aukščiau pateiktą lygtį (1) taip. Ši lygtis išreiškia spontaniškos reakcijos, vykstančios tik būsenos funkcijomis, kriterijų.

dS - (dU / T) ≥ 0

Lygtį galima pertvarkyti, kad gautumėte šią lygtį.

TdS ≥ dU (2 lygtis); todėl jis gali būti parašytas taip dU - TdS ≤ 0

Pirmiau pateiktą išraišką galima supaprastinti vartojant terminą Helmholtz energija „A“, kuris gali būti apibūdinamas kaip,

A = U - TS

Iš aukščiau pateiktų lygčių galime išvesti spontaniškos reakcijos kriterijų, kaip dA≤0. Tai teigia, kad pastovios temperatūros ir tūrio pokyčiai sistemoje vyksta spontaniškai, jei dA≤0. Taigi pokytis yra spontaniškas, kai jis atitinka Helmholtz energijos sumažėjimą. Todėl šios sistemos juda savaime, kad būtų mažesnė A vertė.

Gibbs laisvos energijos

Mūsų laboratorinė chemija domina ne „Gibbs“ energija, o „Helmholtz“ energija. Gibbs laisvoji energija yra susijusi su pokyčiais, vykstančiais esant pastoviam slėgiui. Šilumos energijai perduodant esant pastoviam slėgiui, vyksta tik išsiplėtimo darbai; todėl mes galime modifikuoti ir perrašyti lygtį (2) taip.

TdS ≥ dH

Ši lygtis gali būti pertvarkyta, kad gautų dH - TdS ≤ 0. Kai terminas Gibbs reiškia laisvąją energiją „G“, šią lygtį galima užrašyti taip:,

G = H - TS

Esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, cheminės reakcijos vyksta spontaniškai link Gibbs'o laisvosios energijos mažėjimo kryptimi. Todėl dG≤0.

Kuo skiriasi „Gibbs“ ir „Helmholtz“ energija? • Gibbs laisvoji energija yra apibrėžta esant pastoviam slėgiui, o Helmholtz energija - pastoviam tūriui. • Mus labiau domina laisvoji „Gibbs“ energija laboratorijos lygmeniu nei „Helmholtz“ energija, nes jos vyksta esant pastoviam slėgiui.. • Esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, cheminės reakcijos vyksta spontaniškai link Gibbs'o laisvosios energijos mažėjimo kryptimi. Priešingai, esant pastoviai temperatūrai ir tūriui, reakcijos vyksta spontaniškai link to, kad mažėja Helmholtz energija.