Differenza tra energia libera di Gibbs ed energia libera di Helmholtz

Energia libera di Gibbs contro energia libera di Helmholtz

Alcune cose accadono spontaneamente, altre no. La direzione del cambiamento è determinata dalla distribuzione di energia. Nel cambiamento spontaneo, le cose tendono a uno stato in cui l'energia è dispersa in modo più caotico. Un cambiamento è spontaneo, se porta a una maggiore casualità e caos nell'universo nel suo complesso. Il grado di caos, casualità o dispersione di energia è misurato da una funzione di stato chiamata entropia. La seconda legge della termodinamica è correlata all'entropia, e dice "l'entropia dell'universo aumenta in un processo spontaneo". L'entropia è correlata alla quantità di calore generato; questa è la misura in cui l'energia è stata degradata. Infatti, la quantità di disturbo extra causato da una data quantità di calore q dipende dalla temperatura. Se è già estremamente caldo, un po 'di calore in più non crea molto più disordine, ma se la temperatura è estremamente bassa, la stessa quantità di calore causerà un drammatico aumento del disordine. Pertanto, è più appropriato scrivere, ds = dq / T.

Per analizzare la direzione del cambiamento, dobbiamo considerare i cambiamenti sia nel sistema che nell'ambiente circostante. La seguente disuguaglianza di Clausius mostra cosa succede quando l'energia termica viene trasferita tra il sistema e l'ambiente circostante. (Si consideri che il sistema è in equilibrio termico con la temperatura circostante T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ... (1)

Helmholtz energia libera

Se il riscaldamento viene eseguito a volume costante, possiamo scrivere l'equazione di cui sopra (1) come segue. Questa equazione esprime il criterio per cui una reazione spontanea deve avvenire solo in termini di funzioni di stato.

dS - (dU / T) ≥ 0

L'equazione può essere riorganizzata per ottenere la seguente equazione.

TdS ≥ dU (equazione 2); quindi, può essere scritto come dU - TdS ≤ 0

L'espressione sopra può essere semplificata usando il termine energia di Helmholtz "A", che può essere definito come,

A = U - TS

Dalle equazioni precedenti, possiamo ricavare un criterio per una reazione spontanea come dA≤0. Questo afferma che, un cambiamento in un sistema a temperatura e volume costanti è spontaneo, se dA≤0. Quindi il cambiamento è spontaneo quando corrisponde a una diminuzione dell'energia di Helmholtz. Pertanto, questi sistemi si muovono in un percorso spontaneo, per dare un valore A più basso.

Gibbs energia libera

Siamo interessati all'energia libera di Gibbs rispetto all'energia libera di Helmholtz nella nostra chimica di laboratorio. L'energia libera di Gibbs è correlata ai cambiamenti che avvengono a pressione costante. Quando l'energia termica viene trasferita a pressione costante, c'è solo un lavoro di espansione; pertanto, possiamo modificare e riscrivere l'equazione (2) come segue.

TdS ≥ dH

Questa equazione può essere riorganizzata per dare dH - TdS ≤ 0. Con il termine energia libera di Gibbs 'G', questa equazione può essere scritta come,

G = H - TS

A temperatura e pressione costanti, le reazioni chimiche sono spontanee nella direzione di diminuire l'energia libera di Gibbs. Pertanto, dG≤0.

Qual è la differenza tra l'energia libera di Gibbs e Helmholtz? • L'energia libera di Gibbs viene definita sotto pressione costante e l'energia libera di Helmholtz viene definita sotto un volume costante. • Siamo più interessati all'energia libera di Gibbs a livello di laboratorio rispetto all'energia libera di Helmholtz, perché si verificano a pressione costante. • A temperatura e pressione costanti, le reazioni chimiche sono spontanee nella direzione di diminuire l'energia libera di Gibbs. Al contrario, a temperatura e volume costanti, le reazioni sono spontanee nella direzione di diminuire l'energia libera di Helmholtz.