Différence entre l'énergie libre de Gibbs et l'énergie libre de Helmholtz

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Certaines choses se produisent spontanément, d'autres ne. La direction du changement est déterminée par la distribution de l'énergie. En changement spontané, les choses tendent à un état dans lequel l'énergie est plus dispersée chaotique. Un changement est spontané, s'il conduit à un plus grand aléatoire et au chaos dans l'univers dans son ensemble. Le degré de chaos, de hasard ou de dispersion d'énergie est mesuré par une fonction d'état appelée entropie. La deuxième loi de la thermodynamique est liée à l'entropie, et il dit: «L'entropie de l'univers augmente dans un processus spontané.»L'entropie est liée à la quantité de chaleur générée; c'est la mesure dans laquelle l'énergie a été dégradée. En fait, la quantité de troubles supplémentaires causés par une quantité donnée de chaleur Q dépend de la température. S'il est déjà extrêmement chaud, un peu de chaleur supplémentaire ne crée pas beaucoup plus de troubles, mais si la température est extrêmement basse, la même quantité de chaleur entraînera une augmentation spectaculaire du trouble. Par conséquent, il est plus approprié d'écrire, ds = dq / t.

Pour analyser la direction du changement, nous devons considérer les changements dans le système et dans l'environnement. L'inégalité Clausius suivante montre ce qui se passe lorsque l'énergie thermique est transférée entre le système et l'environnement. (Considérons que le système est en équilibre thermique avec l'environnement à la température t)

ds - (dq / t) ≥ 0… (1)

Helmholtz Free Energy

Si le chauffage est effectué à un volume constant, nous pouvons écrire l'équation ci-dessus (1) comme suit. Cette équation exprime le critère qu'une réaction spontanée se déroule en termes de fonctions d'état uniquement.

ds - (du / t) ≥ 0

L'équation peut être réorganisée pour obtenir l'équation suivante.

TDS ≥ Du (équation 2); Par conséquent, il peut être écrit comme du - TDS ≤ 0

L'expression ci-dessus peut être simplifiée par l'utilisation du terme Helmholtz Energy «A», qui peut être défini comme,

A = u - ts

D'après les équations ci-dessus, nous pouvons dériver un critère pour une réaction spontanée comme DA≤0. Cela indique que, un changement dans un système à température et à volume constants est spontané, si da≤0. Le changement est donc spontané lorsqu'il correspond à une diminution de l'énergie Helmholtz. Par conséquent, ces systèmes se déplacent dans un chemin spontané, pour donner une valeur plus faible.

Gibbs Free Energy

Nous nous intéressons à l'énergie libre de Gibbs que l'énergie libre de Helmholtz dans notre chimie de laboratoire. L'énergie libre de Gibbs est liée aux changements qui se produisent à pression constante. Lorsque l'énergie thermique est transférée à pression constante, il n'y a que des travaux d'expansion; Par conséquent, nous pouvons modifier et réécrire l'équation (2) comme suit.

TDS ≥ DH

Cette équation peut être réorganisée pour donner dh - tds ≤ 0. Avec le terme gibbs libre d'énergie «g», cette équation peut être écrite comme,

G = h - ts

À température et à la pression constantes, les réactions chimiques sont spontanées dans le sens de la diminution de l'énergie libre de Gibbs. Par conséquent, dg≤0.