Разлика између Гиббс Фрее Енерги и Хелмхолтз Фрее Енерги

Гиббс Фрее Енерги вс Хелмхолтз Фрее Енерги

Неке се ствари догађају спонтано, друге не. Правац промене је одређен дистрибуцијом енергије. При спонтаној промени ствари имају тенденцију у стању у којем се енергија хаотично расипа. Промјена је спонтана, ако води већој случајности и хаосу у универзуму као целини. Степен хаоса, случајности или расипања енергије мери се функцијом стања која се назива ентропија. Други закон термодинамике повезан је са ентропијом и каже, „ентропија универзума се повећава у спонтаном процесу.“ Ентропија је повезана са количином произведене топлоте; то је степен деградације енергије. У ствари, количина додатног поремећаја изазваног одређеном количином топлоте к зависи од температуре. Ако је већ изузетно вруће, мало вишка топлоте не ствара много више поремећаја, али ако је температура изузетно ниска, иста количина топлоте изазваће драматичан пораст нереда. Стога је прикладније написати, дс = дк / Т.

Да бисмо анализирали правац промене, морамо размотрити промене како у систему тако и у окружењу. Следећа Клаусијева неједнакост показује шта се дешава када се топлотна енергија преноси између система и околине. (Узмите у обзир да је систем у топлотној равнотежи са окружењем на температури Т)

дС - (дк / Т) ≥ 0… (1)

Без енергије Хелмхолтза

Ако се загревање врши константном запремином, горњу једнаџбу (1) можемо написати на следећи начин. Ова једначина изражава критеријум за спонтано реаговање само у погледу државних функција.

дС - (дУ / Т) ≥ 0

Једнаџба се може преуредити да би добила следећу једначину.

ТдС ≥ дУ (једначина 2); према томе, може се записати као дУ - ТдС ≤ 0

Горњи израз може се поједноставити употребом термина Хелмхолтз енергије 'А', који се може дефинисати као,

А = У - ТС

Из горњих једначина можемо да добијемо критеријум за спонтану реакцију као дА≤0. Ово каже да је промена система у константној температури и запремини спонтана, ако је дА≤0. Дакле, промена је спонтана када одговара смањењу Хелмхолтз енергије. Због тога се ови системи крећу спонтано да би добили нижу вредност А.

Бесплатна енергија

Занимају нас Гиббсова бесплатна енергија него Хелмхолтз бесплатна енергија из наше лабораторијске хемије. Гиббсова енергија повезана је са променама које се дешавају под сталним притиском. Када се топлотна енергија преноси под константним притиском, постоји само рад експанзије; стога једнаџбу (2) можемо модификовати и поново написати на следећи начин.

ТдС ≥ дХ

Ова једначина може се преуредити тако да даје дХ - ТдС ≤ 0. Са изразом Гиббсова слободна енергија 'Г', ова једначина се може записати као,

Г = Х - ТС

При сталној температури и притиску, хемијске реакције су спонтане у смеру смањења Гиббсове енергије. Стога је дГ≤0.

Која је разлика између Гиббсове и Хелмхолтз бесплатне енергије? • Гиббс слободна енергија се дефинише под константним притиском, а енергија без Хелмхолтза се дефинише под константном запремином. • Више нас занимају Гиббсова бесплатна енергија у лабораторијском нивоу него Хелмхолтз-ова енергија, јер се јављају под сталним притиском. • При сталној температури и притиску, хемијске реакције су спонтане у правцу смањења Гиббсове енергије. Супротно томе, при константној температури и запремини, реакције су спонтане у смеру смањења енергије без Хелмхолтза.