Diferencia entre Gibbs Free Energy y Helmholtz Free Energy

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 como un todo. El grado de caos, aleatoriedad o dispersión de energía se mide mediante una función de estado llamada entropía. La segunda ley de la termodinámica está relacionada con la entropía, y dice que "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 la energía ha sido degradada. De hecho, la cantidad de desorden adicional causado por una cantidad dada de calor q depende de la temperatura. Si ya hace mucho calor, un poco de calor adicional 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, debemos considerar los cambios tanto en el sistema como en el entorno. La siguiente desigualdad de Clausius muestra lo que sucede cuando la energía térmica se transfiere entre el sistema y el entorno. (Tenga en cuenta que el sistema está en equilibrio térmico con el entorno a la temperatura T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ... (1)

Helmholtz energía libre

Si el calentamiento se realiza a un volumen constante, podemos escribir la ecuación anterior (1) de la siguiente manera. Esta ecuación expresa el criterio para que una reacción espontánea tenga lugar en términos de funciones de estado solamente.

dS - (dU / T) ≥ 0

La ecuación se puede reorganizar para obtener la siguiente ecuación.

TdS ≥ dU (ecuación 2); por lo tanto, puede ser escrito como dU - TdS ≤ 0

La expresión anterior se puede simplificar mediante el uso del término Helmholtz energía 'A', que se puede definir como,

A = U - TS

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

Energía libre de Gibbs

Nos interesa 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 una 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 energía libre de Gibbs 'G', esta ecuación se puede escribir como,

G = H - TS

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

¿Cuál es la diferencia entre la energía libre de Gibbs y Helmholtz?? • La energía libre de Gibbs se define a presión constante, y la energía libre de Helmholtz se define a volumen constante. • Estamos más interesados ​​en la energía libre de Gibbs a nivel de laboratorio que en la energía libre de Helmholtz, ya que se producen a presión constante.. • A temperatura y presión constantes, las reacciones químicas son espontáneas en la dirección de disminuir la energía libre de Gibbs. En contraste, a temperatura y volumen constantes, las reacciones son espontáneas en la dirección de disminuir la energía libre de Helmholtz.