Diferencia entre la energía libre de Gibbs y la energía libre de Helmholtz

Gibbs Free Energy Vs Helmholtz Free Energy

Algunas cosas suceden espontáneamente, otras no. La dirección del cambio está determinada por la distribución de la energía. En el cambio espontáneo, las cosas tienden a un estado en el que la energía se dispersa más caóticamente. Un cambio es espontáneo, si conduce a una mayor aleatoriedad y caos en el universo en su conjunto. El grado de caos, aleatoriedad o dispersión de la energía se mide por una función de estado llamada entropía. La segunda ley de la termodinámica está relacionada con la entropía, y dice: “La entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo.La entropía está relacionada con la cantidad de calor generado; esa es la medida en que se ha degradado la energía. De hecho, la cantidad de trastorno adicional causado por una cantidad determinada de calor Q depende de la temperatura. Si ya hace mucho calor, un poco de calor extra no crea mucho más desorden, pero si la temperatura es extremadamente baja, la misma cantidad de calor causará un aumento dramático en el desorden. Por lo tanto, es más apropiado escribir, ds = dq/t.

Para analizar la dirección del cambio, tenemos que considerar los cambios tanto en el sistema como en los alrededores. La siguiente desigualdad de Clausius muestra lo que sucede cuando la energía térmica se transfiere entre el sistema y los alrededores. (Considere que el sistema está en equilibrio térmico con el circundante a la temperatura t)

DS - (DQ/T) ≥ 0 ... (1)

Energía libre de Helmholtz

Si la calefacción se realiza a volumen constante, podemos escribir la ecuación anterior (1) de la siguiente manera. Esta ecuación expresa el criterio para una reacción espontánea que tiene lugar solo en términos de funciones estatales.

ds - (du/t) ≥ 0

La ecuación se puede reorganizar para obtener la siguiente ecuación.

Tds ≥ du (ecuación 2); Por lo tanto, se puede escribir como du - tds ≤ 0

La expresión anterior puede simplificarse mediante el uso del término energía Helmholtz 'A', que puede definirse como,

A = u - ts

De las ecuaciones anteriores, podemos derivar un criterio para una reacción espontánea como Da≤0. Esto establece que, un cambio en un sistema a temperatura y volumen constantes es espontáneo, si Da≤0. Entonces, el cambio es espontáneo cuando corresponde a una disminución en la energía de Helmholtz. Por lo tanto, estos sistemas se mueven en una ruta espontánea, para dar un valor más bajo un valor.

Gibbs Free Energy

Estamos interesados ​​en la energía libre de Gibbs que la energía libre de Helmholtz en nuestra química de laboratorio. La energía libre de Gibbs está relacionada con los cambios que ocurren a presión constante. Cuando la energía térmica se transfiere a presión constante, solo hay trabajo de expansión; Por lo tanto, podemos modificar y reescribir la ecuación (2) de la siguiente manera.

Tds ≥ dh

Esta ecuación se puede reorganizar para dar dh - tds ≤ 0. Con el término Gibbs Free Energy 'G', esta ecuación se puede escribir como,

G = H - TS

A temperatura y presión constante, las reacciones químicas son espontáneas en la dirección de disminuir la energía libre de Gibbs. Por lo tanto, dg≤0.