Diferença entre Gibbs Free Energy e Helmholtz Free Energy

Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy

Algumas coisas acontecem espontaneamente, outras não. A direção da mudança é determinada pela distribuição de energia. Em mudanças espontâneas, as coisas tendem a um estado em que a energia está mais dispersa caótica. Uma mudança é espontânea, se leva a maior aleatoriedade e caos no universo como um todo. O grau de caos, aleatoriedade ou dispersão de energia é medido por uma função estatal chamada entropia. A segunda lei da termodinâmica está relacionada à entropia, e diz: "a entropia do universo aumenta em um processo espontâneo. "A entropia está relacionada à quantidade de calor gerado; Essa é a medida em que a energia foi degradada. Na verdade, a quantidade de transtorno extra causada por uma determinada quantidade de calor q depende da temperatura. Se já é extremamente quente, um pouco de calor extra não cria muito mais desordem, mas se a temperatura for extremamente baixa, a mesma quantidade de calor causará um aumento dramático da desordem. Portanto, é mais apropriado escrever, ds = dq / T.

Para analisar a direção da mudança, devemos considerar as mudanças tanto no sistema quanto nos arredores. A seguinte desigualdade de Clausius mostra o que acontece quando a energia calorífica é transferida entre o sistema e o entorno. (Considere que o sistema está em equilíbrio térmico com o ambiente à temperatura T)

dS - (dq / T) ≥ 0 … (1)

Energia livre Helmholtz

Se o aquecimento for feito a um volume constante, nós pode escrever a equação acima (1) da seguinte maneira. Esta equação expressa o critério de uma reação espontânea ocorrer apenas em termos de funções estatais.

dS - (dU / T) ≥ 0

A equação pode ser rearranjada para obter a seguinte equação.

TdS ≥ dU (equação 2); portanto, ele pode ser escrito como dU - TdS ≤ 0

A expressão acima pode ser simplificada pelo uso do termo Energia de Helmholtz 'A', que pode ser definido como

A = U - TS

Das equações acima, nós pode derivar um critério para uma reação espontânea como dA ≤0. Isto indica que, uma mudança em um sistema a temperatura e volume constantes é espontânea, se dA ≤0. Portanto, a mudança é espontânea quando corresponde a uma diminuição da energia de Helmholtz. Portanto, esses sistemas se movem em um caminho espontâneo, para dar um valor A inferior.

Energia livre de Gibbs

Estamos interessados ​​em energia livre de Gibbs do que a energia livre Helmholtz em nossa química de laboratório. A energia livre de Gibbs está relacionada com as mudanças que ocorrem a pressão constante. Quando a energia térmica é transferida a pressão constante, há apenas o trabalho de expansão; portanto, podemos modificar e reescrever a equação (2) da seguinte maneira.

TdS ≥ dH

Esta equação pode ser rearranjada para dar dH-TdS ≤ 0. Com o termo Gibbs energia livre 'G', esta equação pode ser escrita como

G = H - TS

À temperatura e pressão constantes, as reações químicas são espontâneas na direção da redução da energia livre de Gibbs. Portanto, dG ≤0.

Qual a diferença entre a energia livre de Gibbs e Helmholtz? • A energia livre de Gibbs é definida sob pressão constante, e a energia livre de Helmholtz é definida sob um volume constante. • Estamos mais interessados ​​na energia livre Gibbs em nível de laboratório do que a energia livre de Helmholtz, porque eles estão ocorrendo a pressão constante. • À temperatura e pressão constantes, as reações químicas são espontâneas na direção de diminuir a energia livre de Gibbs. Em contraste, a temperatura e volume constantes, as reações são espontâneas na direção da redução da energia livre de Helmholtz.