Verschil tussen Gibbs Free Energy en Helmholtz Free Energy

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Sommige dingen gebeuren spontaan, anderen doen het niet. De richting van verandering wordt bepaald door de verdeling van energie. Bij spontane verandering hebben dingen de neiging tot een toestand waarin de energie meer chaotisch verspreid is. Een verandering is spontaan, als het leidt tot grotere willekeur en chaos in het universum als geheel. De mate van chaos, willekeur of verspreiding van energie wordt gemeten door een staatsfunctie genaamd entropie. De tweede wet van de thermodynamica houdt verband met entropie, en het zegt, "de entropie van het universum neemt toe in een spontaan proces. "Entropie is gerelateerd aan de hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd; dat is de mate waarin energie is afgebroken. In feite is de hoeveelheid extra aandoening veroorzaakt door een bepaalde hoeveelheid hitte q afhankelijk van de temperatuur. Als het al extreem warm is, veroorzaakt een beetje extra warmte niet veel meer stoornis, maar als de temperatuur extreem laag is, zal dezelfde hoeveelheid hitte een dramatische toename van de stoornis veroorzaken. Daarom is het beter om te schrijven, ds = dq / T.

Om de richting van de verandering te analyseren, moeten we veranderingen in zowel het systeem als de omgevingen overwegen. De volgende Clausius-ongelijkheid laat zien wat er gebeurt wanneer er warmte-energie wordt overgedragen tussen het systeem en de omgeving. (Beschouw het systeem in thermisch evenwicht met de omgeving bij temperatuur T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ... (1)

Helmholtz vrije energie

Als de verwarming met constant volume wordt gedaan kan bovenstaande vergelijking (1) als volgt schrijven. Deze vergelijking geeft het criterium uit tot een spontane reactie alleen in termen van staatsfuncties plaatsvindt.

dS - (dU / T) ≥ 0

De vergelijking kan worden herschikt om de volgende vergelijking te krijgen.

TdS> dU (vergelijking 2); daarom kan het worden geschreven als dU - TdS ≤ 0

De bovenstaande uitdrukking kan worden vereenvoudigd door het gebruik van de term Helmholtz energy 'A', die kan worden gedefinieerd als

A = U - TS

Uit de bovenstaande vergelijkingen kan een criterium ontlenen voor een spontane reactie als dA≤0. Dit verklaart dat een verandering in een systeem bij constante temperatuur en volume spontaan is, als dA≤0. Dus verandering is spontaan wanneer het overeenstemt met een afname in de Helmholtz-energie. Daarom verplaatsen deze systemen op een spontaan pad, om een ​​lagere A-waarde te geven.

Gibbs vrije energie

We zijn geïnteresseerd in Gibbs-vrije energie dan de Helmholtz-vrije energie in onze laboratoriumchemie. Gibbs vrije energie is gerelateerd aan de veranderingen die zich voortduren bij constante druk. Wanneer warmte-energie wordt overgedragen bij constante druk, is er alleen expansiewerkzaamheden; daarom kunnen we de vergelijking (2) als volgt aanpassen en herskrijven.

TdS ≥ dH

Deze vergelijking kan worden herschikt om dH-TdS ≤ 0. Met de term Gibbs free energy 'G' kan deze vergelijking als

G = H - TS

Bij constante temperatuur en druk zijn chemische reacties spontaan in de richting van dalende Gibbs vrije energie. Daarom, dG≤0.

Wat is het verschil tussen Gibbs en Helmholtz vrije energie?

• Gibbs vrije energie wordt onder constante druk gedefinieerd en Helmholtz-vrije energie wordt onder constant volume gedefinieerd.

• We zijn meer geïnteresseerd in Gibbs-vrije energie op laboratoriumniveau dan de Helmholtz-vrije energie, omdat ze bij constante druk optreden.

• Bij constante temperatuur en druk zijn chemische reacties spontaan in de richting van dalende Gibbs vrije energie. Bij contrast, bij constante temperatuur en volume, zijn de reacties spontaan in de richting van dalende Helmholtz vrije energie.