Разница между свободной энергией Гиббса и свободной энергией Гельмгольца

Свободная энергия Гиббса против свободной энергии Гельмгольца

Некоторые вещи происходят спонтанно, другие нет. Направление изменения определяется распределением энергии. При спонтанном изменении вещи стремятся к состоянию, в котором энергия более хаотически рассеяна. Изменение является спонтанным, если оно приводит к большей случайности и хаосу во вселенной в целом. Степень хаоса, случайности или рассеивания энергии измеряется функцией состояния, называемой энтропией. Второй закон термодинамики связан с энтропией и гласит: «энтропия вселенной увеличивается в спонтанном процессе». Энтропия связана с количеством выделяемого тепла; это степень, в которой энергия была ухудшена. Фактически, количество дополнительного беспорядка, вызванного данным количеством тепла q, зависит от температуры. Если он уже очень горячий, немного дополнительного тепла не создает больше беспорядка, но если температура очень низкая, то такое же количество тепла вызовет резкое увеличение беспорядка. Поэтому более уместно написать: ds = dq / T.

Чтобы проанализировать направление изменений, мы должны рассмотреть изменения как в системе, так и в окружающей среде. Следующее неравенство Клаузиуса показывает, что происходит, когда тепловая энергия передается между системой и окружающей средой. (Рассмотрим систему, находящуюся в тепловом равновесии с окружающей средой при температуре T)

дС - (дк / т) ≥ 0… (1)

Свободная энергия Гельмгольца

Если нагревание происходит при постоянном объеме, мы можем записать приведенное выше уравнение (1) следующим образом. Это уравнение выражает критерий самопроизвольной реакции в терминах только функций состояния.

dS - (dU / T) ≥ 0

Уравнение можно переставить, чтобы получить следующее уравнение.

TdS ≥ dU (уравнение 2); следовательно, это можно записать как dU - TdS ≤ 0

Вышеприведенное выражение можно упростить, используя термин энергия Гельмгольца «A», который можно определить как,

A = U - TS

Из приведенных выше уравнений можно вывести критерий спонтанной реакции как dA≤0. Это говорит о том, что изменение в системе при постоянной температуре и объеме является спонтанным, если dA≤0. Таким образом, изменение происходит спонтанно, когда оно соответствует уменьшению энергии Гельмгольца. Следовательно, эти системы движутся по самопроизвольному пути, чтобы дать более низкое значение.

Свободная энергия Гиббса

Мы заинтересованы в свободной энергии Гиббса, чем в свободной энергии Гельмгольца в нашей лабораторной химии. Свободная энергия Гиббса связана с изменениями, происходящими при постоянном давлении. Когда тепловая энергия передается при постоянном давлении, происходит только работа по расширению; поэтому мы можем изменить и переписать уравнение (2) следующим образом.

TdS ≥ dH

Это уравнение можно переставить так, чтобы получить dH - TdS ≤ 0. С помощью термина «свободная энергия Гиббса« G »это уравнение можно записать в виде,

G = H - TS

При постоянной температуре и давлении химические реакции происходят спонтанно в направлении уменьшения свободной энергии Гиббса. Следовательно, dG≤0.

В чем разница между свободной энергией Гиббса и Гельмгольца? • Свободная энергия Гиббса определяется при постоянном давлении, а свободная энергия Гельмгольца определяется при постоянном объеме.. • Мы больше заинтересованы в свободной энергии Гиббса на лабораторном уровне, чем в свободной энергии Гельмгольца, потому что они возникают при постоянном давлении. • При постоянной температуре и давлении химические реакции происходят в направлении уменьшения свободной энергии Гиббса. Напротив, при постоянной температуре и объеме реакции происходят самопроизвольно в направлении уменьшения свободной энергии Гельмгольца..