Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy
Sommige dinge gebeur spontaan, ander nie. Die rigting van verandering word bepaal deur die verspreiding van energie. In spontane verandering neig dinge na 'n toestand waarin die energie meer chaoties versprei is.’n Verandering is spontaan, as dit lei tot groter willekeurigheid en chaos in die heelal as geheel. Die mate van chaos, willekeurigheid of verspreiding van energie word gemeet deur 'n toestandsfunksie wat die entropie genoem word. Die tweede wet van termodinamika hou verband met entropie, en dit sê, die entropie van die heelal neem toe in 'n spontane proses.” Entropie hou verband met die hoeveelheid hitte wat gegenereer word; dit is die mate waarin energie gedegradeer is. Trouens, die hoeveelheid ekstra wanorde wat deur 'n gegewe hoeveelheid hitte q veroorsaak word, hang af van die temperatuur. As dit reeds uiters warm is, skep 'n bietjie ekstra hitte nie veel meer wanorde nie, maar as die temperatuur uiters laag is, sal dieselfde hoeveelheid hitte 'n dramatiese toename in wanorde veroorsaak. Daarom is dit meer gepas om te skryf, ds=dq/T.
Om die rigting van verandering te ontleed, moet ons veranderinge in beide stelsel en die omgewing oorweeg. Die volgende Clausius-ongelykheid wys wat gebeur wanneer hitte-energie tussen die sisteem en die omgewing oorgedra word. (Beskou die stelsel is in termiese ewewig met die omgewing by temperatuur T)
dS – (dq/T) ≥ 0………………(1)
Helmholtz gratis energie
As die verhitting teen konstante volume gedoen word, kan ons die bostaande vergelyking (1) soos volg skryf. Hierdie vergelyking druk die maatstaf uit vir 'n spontane reaksie om slegs in terme van staatsfunksies plaas te vind.
dS – (dU/T) ≥ 0
Die vergelyking kan herrangskik word om die volgende vergelyking te kry.
TdS ≥ dU (vergelyking 2); daarom kan dit geskryf word as dU – TdS ≤ 0
Bogenoemde uitdrukking kan vereenvoudig word deur die gebruik van die term Helmholtz-energie 'A', wat gedefinieer kan word as, A=U – TS
Uit bogenoemde vergelykings kan ons 'n maatstaf vir 'n spontane reaksie as dA≤0 aflei. Dit stel dat 'n verandering in 'n sisteem by konstante temperatuur en volume spontaan is, indien dA≤0. Verandering is dus spontaan wanneer dit ooreenstem met 'n afname in die Helmholtz-energie. Daarom beweeg hierdie stelsels in 'n spontane pad, om laer A-waarde te gee.
Gibbs gratis energie
Ons stel belang in Gibbs-vrye energie as die Helmholtz-vrye energie in ons laboratoriumchemie. Gibbs vrye energie hou verband met die veranderinge wat by konstante druk plaasvind. Wanneer hitte-energie teen konstante druk oorgedra word, is daar slegs uitbreidingswerk; daarom kan ons die vergelyking (2) soos volg wysig en herskryf.
TdS ≥ dH
Hierdie vergelyking kan herrangskik word om dH – TdS ≤ 0 te gee. Met die term Gibbs vrye energie 'G', kan hierdie vergelyking geskryf word as, G=H – TS
By konstante temperatuur en druk is chemiese reaksies spontaan in die rigting van dalende Gibbs-vrye energie. Daarom, dG≤0.
Wat is die verskil tussen Gibbs en Helmholtz vrye energie?
• Gibbs vrye energie word gedefinieer onder konstante druk, en Helmholtz vrye energie word gedefinieer onder konstante volume.
• Ons is meer geïnteresseerd in Gibbs-vrye energie op laboratoriumvlak as die Helmholtz-vrye energie, want hulle kom teen konstante druk voor.
• By konstante temperatuur en druk is chemiese reaksies spontaan in die rigting van dalende Gibbs vrye energie. Daarteenoor, by konstante temperatuur en volume, is reaksies spontaan in die rigting van dalende Helmholtz vrye energie.
