Unterschied zwischen Gibbs und Helmholtz Free Energy
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Hauptunterschied - Gibbs vs Helmholtz Free Energy
Es gibt vier große thermodynamische Potentiale, die in der Thermodynamik chemischer Reaktionen genutzt werden. Sie sind innere Energie, Enthalpie, freie Helmholtz-Energie und Gibbs-freie Energie. Innere Energie ist die Energie, die mit der Bewegung von Molekülen verbunden ist. Enthalpie ist der Gesamtwärmegehalt des Systems. Helmholtz Freie Energie ist die „nützliche Arbeit“, die aus dem System erhalten werden kann. Gibbs freie Energie ist die maximale reversible Arbeit, die von einem System erzielt werden kann. Alle diese Begriffe beschreiben das Verhalten eines bestimmten Systems. Der Hauptunterschied zwischen Gibbs und Helmholtz freier Energie ist das Die freie Energie von Gibbs wird unter konstantem Druck definiert, während die freie Helmholtz-Energie unter konstantem Volumen definiert wird.
Wichtige Bereiche
1. Was ist Gibbs Freie Energie?
- Definition, Berechnungsformel und Anwendungen
2. Was ist Helmholtz Freie Energie?
- Definition, Berechnungsformel und Anwendungen
3. Was ist der Unterschied zwischen Gibbs und Helmholtz Free Energy?
- Vergleich der wichtigsten Unterschiede
Schlüsselbegriffe: Enthalpie, Gibbs Freie Energie, Helmholtz Freie Energie, Innere Energie, Thermodynamische Potenziale 
Was ist Gibbs Freie Energie?
Gibbs freie Energie kann als die maximale reversible Arbeit definiert werden, die von einem bestimmten System erhalten werden kann. Um diese freie Energie von Gibbs zu berechnen, sollte das System eine konstante Temperatur und einen konstanten Druck haben. Das Symbol G wird für Gibbs freie Energie angegeben. Die freie Energie von Gibbs kann verwendet werden, um vorherzusagen, ob eine chemische Reaktion spontan oder nicht spontan ist.
Die freie Energie von Gibbs wird aus der SI-Einheit J (Joules) berechnet. Die freie Energie von Gibbs ermöglicht die maximale Arbeit eines geschlossenen Systems, anstatt das System zu erweitern. Die tatsächliche Energie, die dieser Definition entspricht, kann erhalten werden, wenn der reversible Prozess betrachtet wird. Gibbs freie Energie wird immer als Energieänderung berechnet. Dies wird als ΔG angegeben. Dies ist gleich der Differenz zwischen der Anfangsenergie und der Endenergie. Die Gleichung für die Gibbs-freie Energie kann wie folgt angegeben werden.
Gleichung
G = U - TS + PV
Wo ist G die freie Energie von Gibbs,
U ist die innere Energie des Systems,
T ist die absolute Temperatur des Systems,
V ist das Endvolumen des Systems,
P ist der absolute Druck des Systems,
S ist die endgültige Entropie des Systems.
Die Enthalpie des Systems ist jedoch gleich der inneren Energie des Systems plus dem Produkt aus Druck und Volumen. Dann kann die obige Gleichung wie folgt modifiziert werden.
G = H - TS
oder
ΔG = ΔH - TΔS
Ist der Wert von ΔG ein negativer Wert, ist die Reaktion spontan. Wenn der Wert von ΔG ein positiver Wert ist, ist die Reaktion nicht spontan.
Abbildung 1: Eine exotherme Reaktion
Ein negatives ΔG zeigt einen negativen ΔH-Wert an. Das heißt, die Energie wird an die Umgebung abgegeben. Man spricht von einer exothermen Reaktion. Ein positives ΔG zeigt einen positiven ΔH-Wert an. Es ist eine endotherme Reaktion.
Was ist Helmholtz Freie Energie?
Helmholtz-Freie Energie kann als „nützliche Arbeit“ definiert werden, die ein geschlossenes System bieten kann. Dieser Begriff ist für eine konstante Temperatur und ein konstantes Volumen definiert. Das Konzept wurde vom deutschen Wissenschaftler Hermann von Helmholtz entwickelt. Dieser Begriff kann in der folgenden Gleichung angegeben werden.
Gleichung
A = U - TS
Wo ist A die freie Helmholtz-Energie,
U ist die innere Energie,
T ist die absolute Temperatur,
S ist die endgültige Entropie des Systems.
Für spontane Reaktionen ist ΔA negativ. Wenn eine chemische Reaktion in einem System betrachtet wird, sollte daher die Änderung der Energie, die sich bei konstanter Temperatur und Volumen befindet, einen negativen Wert haben, damit es sich um eine spontane Reaktion handelt.
Unterschied zwischen Gibbs und Helmholtz Free Energy
Definition
Gibbs Free Energy: Gibbs freie Energie kann als die maximale reversible Arbeit definiert werden, die von einem bestimmten System erhalten werden kann.
Helmholtz Freie Energie: Helmholtz-Freie Energie kann als „nützliche Arbeit“ definiert werden, die ein geschlossenes System bieten kann.
Konstante Parameter
Gibbs Free Energy: Die Gibbs-freie Energie wird für Systeme mit konstanter Temperatur und konstantem Druck berechnet.
Helmholtz Freie Energie: Die Helmholtz-Freie Energie wird für Systeme mit konstanter Temperatur und Volumen berechnet.
Anwendung
Gibbs Free Energy: Die Gibbs-freie Energie wird häufig verwendet, da sie einen konstanten Druckzustand berücksichtigt.
Helmholtz Freie Energie: Die freie Helmholtz-Energie wird nicht viel genutzt, da sie einen konstanten Volumenzustand berücksichtigt.
Chemische Reaktionen
Gibbs Free Energy: Chemische Reaktionen sind spontan, wenn die Änderung der Gibbs-freien Energie negativ ist.
Helmholtz Freie Energie: Chemische Reaktionen sind spontan, wenn die Änderung der freien Helmholtz-Energie negativ ist.
Fazit
Freie Energie von Gibbs und freie Energie von Helmholtz sind zwei thermodynamische Begriffe, mit denen das Verhalten eines Systems thermodynamisch beschrieben wird. Beide Begriffe umfassen die innere Energie des Systems. Der Hauptunterschied zwischen Gibbs und der freien Helmholtz-Energie besteht darin, dass die Gibbs-Freie Energie unter konstantem Druck definiert wird, während Helmholtz-Freie Energie unter konstantem Volumen definiert wird.
Verweise:
1. „Helmholtz-Freie Energie“. Helmholtz- und Gibbs-Freie Energien, hier erhältlich. Abgerufen am 25. September 2017.
2. „Gibbs freie Energie“. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 12. September 2017, hier verfügbar. Abgerufen am 25. September 2017.
3. „Helmholtz freie Energie“. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 12. September 2017, hier verfügbar. Abgerufen am 25. September 2017.
Bildhöflichkeit:
1. "ThermiteReaction" Von User: Nikthestunned (Wikipedia) - Eigene Arbeit - auch bei Flickr (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
