Razlika med Gibbs in Helmholtz Free Energy - Razlika Med

Razlika med Gibbs in Helmholtz Free Energy

Glavna razlika - Gibbs vs Helmholtz Free Energy

V termodinamiki kemijskih reakcij so uporabljeni štirje glavni termodinamični potenciali. To so notranja energija, entalpija, Helmholtzova brezplačna energija in Gibbsova brezplačna energija. Notranja energija je energija, povezana z gibanjem molekul. Entalpija je celotna toplotna vsebina sistema. Helmholtz Free Energy je „koristno delo“, ki ga lahko pridobimo iz sistema. Gibbsova brezplačna energija je največje reverzibilno delo, ki ga lahko dobimo iz sistema. Vsi ti izrazi opisujejo obnašanje določenega sistema. Glavna razlika med Gibbs in Helmholtzovo brezplačno energijo je ta Gibbsova prosta energija je definirana pod konstantnim tlakom, medtem ko je Helmholtzova svobodna energija definirana pod konstantnim volumnom.

Pokrita ključna območja

1. Kaj je Gibbs Free Energy
      - Opredelitev, enačba za izračun in aplikacije
2. Kaj je Helmholtz Free Energy
      - Opredelitev, enačba za izračun in aplikacije
3. Kakšna je razlika med Gibbsom in Helmholtzovo brezplačno energijo
      - Primerjava ključnih razlik

Ključni pojmi: entalpija, Gibbsova brezplačna energija, Helmholtzova brezplačna energija, notranja energija, termodinamični potencial


  

Kaj je Gibbs Free Energy

Gibbsovo energijo lahko definiramo kot maksimalno reverzibilno delo, ki ga lahko dobimo iz določenega sistema. Za izračun Gibbsove proste energije mora biti sistem pri stalni temperaturi in konstantnem tlaku. Simbol G je podan Gibbsovi prosti energiji. Gibbsova prosta energija se lahko uporabi za napovedovanje, ali je kemijska reakcija spontana ali ne spontana.

Gibbsova prosta energija se izračuna iz enote SI J (Joules). Gibbsova brezplačna energija daje največjo količino dela, ki ga opravi zaprt sistem, namesto da razširi sistem. Dejanska energija, ki ustreza tej definiciji, se lahko dobi, ko se upošteva reverzibilni proces. Gibbsova energija se vedno izračuna kot sprememba energije. To je podano kot ΔG. To je enako razliki med začetno in končno energijo. Enačbo za Gibbsovo brezplačno energijo lahko navedemo kot spodaj.

Enačba

G = U - TS + PV

Kjer je G Gibbsova energija,

U je notranja energija sistema,

T je absolutna temperatura sistema,

V je končni volumen sistema,

P je absolutni tlak sistema,

S je končna entropija sistema.

Vendar pa je entalpija sistema enaka notranji energiji sistema plus produkt tlaka in prostornine. Nato se zgornja enačba lahko spremeni kot spodaj.

G = H - TS

ali

ΔG = ΔH - TΔS

Če je vrednost ΔG negativna vrednost, to pomeni, da je reakcija spontana. Če je vrednost ΔG pozitivna vrednost, potem je reakcija spontana.


Slika 1: Eksotermna reakcija

Negativna ΔG pomeni negativno vrednost ΔH. To pomeni, da se energija sprosti v okolico. Imenuje se eksotermna reakcija. Pozitivna ΔG kaže pozitivno vrednost ΔH. To je endotermična reakcija.

Kaj je Helmholtz Free Energy

Helmholtzovo prosto energijo lahko definiramo kot »koristno delo«, ki ga lahko dosežemo s pomočjo zaprtega sistema. Ta izraz je definiran za konstantno temperaturo in konstantno prostornino. Koncept je razvil nemški znanstvenik Hermann von Helmholtz. Ta izraz lahko navedemo v spodnji enačbi.

Enačba

A = U - TS

Kjer je A brezplačna energija Helmholtza,

U je notranja energija,

T je absolutna temperatura,

S je končna entropija sistema.

Pri spontanih reakcijah je ΔA negativen. Zato, ko se upošteva kemijska reakcija v sistemu, mora biti sprememba energije pri konstantni temperaturi in volumnu negativna vrednost, da bi bila spontana reakcija.

Razlika med Gibbs in Helmholtz Free Energy

Opredelitev

Gibbs Free Energy: Gibbsovo energijo lahko definiramo kot maksimalno reverzibilno delo, ki ga lahko dobimo iz določenega sistema.

Helmholtz Free Energy: Helmholtzovo prosto energijo lahko definiramo kot »koristno delo«, ki ga lahko dosežemo s pomočjo zaprtega sistema.

Stalni parametri

Gibbs Free Energy: Gibbsova energija je izračunana za sisteme pri konstantni temperaturi in tlaku.

Helmholtz Free Energy: Helmholtzova prosta energija se izračuna za sisteme pri konstantni temperaturi in prostornini.

Uporaba

Gibbs Free Energy: Gibbsova brezplačna energija se pogosto uporablja, ker upošteva konstanten tlak.

Helmholtz Free Energy: Energija brez Helmholtza se ne uporablja veliko, ker upošteva konstantno prostorninsko stanje.

Kemijske reakcije

Gibbs Free Energy: Kemične reakcije so spontane, kadar je sprememba Gibbsove proste energije negativna.

Helmholtz Free Energy: Kemične reakcije so spontane, kadar je sprememba Helmholtzove proste energije negativna.

Zaključek

Gibbsova prosta energija in Helmholtzova prosta energija sta dva termodinamska izraza, ki se uporabljata pri opisovanju obnašanja sistema termodinamično. Oba izraza vključujejo notranjo energijo sistema. Glavna razlika med Gibbsovo in Helmholtzovo prosto energijo je ta, da je Gibbsova energija definirana pod konstantnim tlakom, medtem ko je Helmholtzova prosta energija definirana pod konstantnim volumnom.

Reference:

1. “Helmholtz Free Energy.” Helmholtz in Gibbs Free Energies,