Unterschied zwischen Gibbs Free Energy und Helmholtz Free Energy

Gibbs Freie Energie vs Helmholtz Freie Energie

Manche Dinge passieren spontan, andere nicht. Die Richtung der Veränderung wird durch die Verteilung der Energie bestimmt. Bei spontanen Veränderungen tendieren die Dinge zu einem Zustand, in dem die Energie chaotischer verteilt ist. Eine Veränderung ist spontan, wenn sie zu einer größeren Zufälligkeit und einem größeren Chaos im Universum führt. Der Grad des Chaos, der Zufälligkeit oder der Verteilung von Energie wird durch eine Zustandsfunktion gemessen, die Entropie genannt wird. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik bezieht sich auf die Entropie, und es heißt: "Die Entropie des Universums nimmt spontan zu." Entropie bezieht sich auf die erzeugte Wärmemenge; Das ist das Ausmaß, in dem die Energie abgebaut wurde. Tatsächlich hängt die Menge an zusätzlicher Störung, die durch eine gegebene Wärmemenge q verursacht wird, von der Temperatur ab. Wenn es bereits extrem heiß ist, führt ein wenig zusätzliche Wärme nicht zu mehr Unordnung, aber wenn die Temperatur extrem niedrig ist, führt die gleiche Wärmemenge zu einem dramatischen Anstieg der Unordnung. Daher ist es sinnvoller, ds = dq / T zu schreiben.

Um die Richtung der Veränderung zu analysieren, müssen wir Änderungen in System und Umgebung berücksichtigen. Die folgende Clausius-Ungleichung zeigt, was passiert, wenn Wärmeenergie zwischen dem System und der Umgebung übertragen wird. (Bedenken Sie, dass sich das System bei der Temperatur T im thermischen Gleichgewicht befindet.)

dS - (dq / T) ≥ 0… (1)

Helmholtz freie Energie

Wenn das Erwärmen bei konstantem Volumen erfolgt, können wir die obige Gleichung (1) wie folgt schreiben. Diese Gleichung drückt das Kriterium aus, dass eine spontane Reaktion nur in Form von Zustandsfunktionen stattfindet.

dS - (dU / T) ≥ 0

Die Gleichung kann neu angeordnet werden, um die folgende Gleichung zu erhalten.

TdS ≥ dU (Gleichung 2); daher kann es als geschrieben werden dU - TdS ≤ 0

Der obige Ausdruck kann durch die Verwendung des Begriffs Helmholtz-Energie 'A' vereinfacht werden, der als definiert werden kann,

A = U - TS

Aus den obigen Gleichungen können wir ein Kriterium für eine spontane Reaktion als dA ≤ 0 ableiten. Dies besagt, dass eine Änderung in einem System bei konstanter Temperatur und Volumen spontan ist, wenn dA ≤ 0 ist. Veränderung ist also spontan, wenn sie einer Abnahme der Helmholtz-Energie entspricht. Daher bewegen sich diese Systeme in einem spontanen Pfad, um einen niedrigeren A-Wert zu erhalten.

Gibbs freie Energie

Wir sind an Gibbs freier Energie als der Helmholtz-freien Energie in unserer Laborchemie interessiert. Gibbs freie Energie hängt mit den Veränderungen zusammen, die bei konstantem Druck stattfinden. Wenn Wärmeenergie bei konstantem Druck übertragen wird, gibt es nur Expansionsarbeit; Daher können wir die Gleichung (2) wie folgt modifizieren und neu schreiben.

TdS ≥ dH

Diese Gleichung kann umgeändert werden, um dH - TdS ≤ 0 zu erhalten. Mit dem Ausdruck Gibbs freie Energie 'G' kann diese Gleichung als geschrieben werden,

G = H - TS

Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck laufen chemische Reaktionen spontan ab, um die freie Gibbs-Energie zu verringern. Daher ist dG ≤ 0.

Was ist der Unterschied zwischen Gibbs und Helmholtz freier Energie?? • Gibbs freie Energie wird unter konstantem Druck definiert und Helmholtz freie Energie unter konstantem Volumen. • Wir sind an Gibbs freier Energie im Labor stärker interessiert als die freie Helmholtz-Energie, da sie bei konstantem Druck auftreten. • Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck treten chemische Reaktionen spontan in Richtung der Verringerung der freien Gibbs-Energie auf. Im Gegensatz dazu sind die Reaktionen bei konstanter Temperatur und Volumen spontan in Richtung abnehmender freier Helmholtz-Energie.