Διαφορά μεταξύ Gibbs και Helmholtz Free Energy

Κύρια διαφορά – Gibbs vs Helmholtz Free Energy

Υπάρχουν τέσσερα κύρια θερμοδυναμικά δυναμικά που χρησιμοποιούνται στη θερμοδυναμική των χημικών αντιδράσεων. Είναι η εσωτερική ενέργεια, η ενθαλπία, η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz και η ελεύθερη ενέργεια Gibbs. Η εσωτερική ενέργεια είναι η ενέργεια που σχετίζεται με την κίνηση των μορίων. Η ενθαλπία είναι η συνολική θερμική περιεκτικότητα του συστήματος. Η Ελεύθερη Ενέργεια Helmholtz είναι η «χρήσιμη εργασία» που μπορεί να ληφθεί από το σύστημα. Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs είναι το μέγιστο αναστρέψιμο έργο που μπορεί να ληφθεί από ένα σύστημα. Όλοι αυτοί οι όροι περιγράφουν τη συμπεριφορά ενός συγκεκριμένου συστήματος. Η κύρια διαφορά μεταξύ της ελεύθερης ενέργειας Gibbs και Helmholtz είναι ότιΗ ελεύθερη ενέργεια Gibbs ορίζεται υπό σταθερή πίεση ενώ η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz ορίζεται υπό σταθερό όγκο.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι Gibbs Free Energy
      – Ορισμός, Εξίσωση για Υπολογισμό και Εφαρμογές
2. Τι είναι η Ελεύθερη Ενέργεια Helmholtz
      – Ορισμός, Εξίσωση για Υπολογισμό και Εφαρμογές
3. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Gibbs και Helmholtz Free Energy
      – Σύγκριση βασικών διαφορών

Βασικοί όροι:Ενθαλπία, Ελεύθερη Ενέργεια Gibbs, Ελεύθερη Ενέργεια Helmholtz, Εσωτερική ενέργεια, Θερμοδυναμικά Δυναμικά   

Τι είναι Gibbs Free Energy

Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs μπορεί να οριστεί ως το μέγιστο αναστρέψιμο έργο που μπορεί να ληφθεί από ένα συγκεκριμένο σύστημα. Για να υπολογιστεί αυτή η ελεύθερη ενέργεια Gibbs, το σύστημα θα πρέπει να βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία και σταθερή πίεση. Το σύμβολο G δίνεται για την ελεύθερη ενέργεια Gibbs. Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προβλέψει εάν μια χημική αντίδραση είναι αυθόρμητη ή μη.

Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs υπολογίζεται από τη μονάδα SI J (Joules). Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs δίνει τη μέγιστη ποσότητα εργασίας που γίνεται από ένα κλειστό σύστημα αντί να επεκτείνει το σύστημα. Η πραγματική ενέργεια που ταιριάζει σε αυτόν τον ορισμό μπορεί να ληφθεί όταν ληφθεί υπόψη η αναστρέψιμη διαδικασία. Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs υπολογίζεται πάντα ως η μεταβολή της ενέργειας. Αυτό δίνεται ως ΔG. Αυτό είναι ίσο με τη διαφορά μεταξύ της αρχικής και της τελικής ενέργειας. Η εξίσωση για την ελεύθερη ενέργεια Gibbs μπορεί να δοθεί όπως παρακάτω.

Εξίσωση

G        =      U   –   TS   +   PV

Όπου, G είναι η ελεύθερη ενέργεια Gibbs,

U είναι η εσωτερική ενέργεια του συστήματος,

T είναι η απόλυτη θερμοκρασία του συστήματος,

V είναι ο τελικός όγκος του συστήματος,

P είναι η απόλυτη πίεση του συστήματος,

S είναι η τελική εντροπία του συστήματος.

Όμως, η ενθαλπία του συστήματος είναι ίση με την εσωτερική ενέργεια του συστήματος συν το γινόμενο της πίεσης και του όγκου. Στη συνέχεια, η παραπάνω εξίσωση μπορεί να τροποποιηθεί όπως παρακάτω.

G     =     H   –   TS

              ή

ΔG   =   ΔH   –   TΔS

Αν η τιμή του ΔG είναι αρνητική τιμή, αυτό σημαίνει ότι η αντίδραση είναι αυθόρμητη. Αν η τιμή του ΔG είναι θετική, τότε η αντίδραση είναι μη αυθόρμητη.

Εικόνα 1:Μια εξώθερμη αντίδραση

Ένα αρνητικό ΔG υποδηλώνει αρνητική τιμή ΔH. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια απελευθερώνεται στο περιβάλλον. Ονομάζεται εξώθερμη αντίδραση. Ένα θετικό ΔG υποδεικνύει μια θετική τιμή ΔΗ. Είναι μια ενδόθερμη αντίδραση.

Τι είναι η Ελεύθερη Ενέργεια Helmholtz

Η Ελεύθερη Ενέργεια Helmholtz μπορεί να οριστεί ως η "χρήσιμη εργασία" που μπορεί να επιτευχθεί από ένα κλειστό σύστημα. Αυτός ο όρος ορίζεται για σταθερή θερμοκρασία και σταθερό όγκο. Η ιδέα αναπτύχθηκε από τον Γερμανό επιστήμονα Hermann von Helmholtz. Αυτός ο όρος μπορεί να δοθεί στην παρακάτω εξίσωση.

Εξίσωση

A   =   U   –    TS

Όπου, Α είναι η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz,

U είναι η εσωτερική ενέργεια,

T είναι η απόλυτη θερμοκρασία,

S είναι η τελική εντροπία του συστήματος.

Για αυθόρμητες αντιδράσεις, το ΔΑ είναι αρνητικό. Επομένως, όταν εξετάζεται μια χημική αντίδραση σε ένα σύστημα, η μεταβολή της ενέργειας που βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία και όγκο θα πρέπει να είναι αρνητική τιμή προκειμένου να είναι μια αυθόρμητη αντίδραση.

Διαφορά μεταξύ Gibbs και Helmholtz Free Energy

Ορισμός

Ελεύθερη ενέργεια Gibbs: Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs μπορεί να οριστεί ως το μέγιστο αναστρέψιμο έργο που μπορεί να ληφθεί από ένα συγκεκριμένο σύστημα.

Ελεύθερη ενέργεια Helmholtz: Η Ελεύθερη Ενέργεια Helmholtz μπορεί να οριστεί ως η «χρήσιμη εργασία» που μπορεί να επιτευχθεί από ένα κλειστό σύστημα.

Σταθερές παράμετροι

Ελεύθερη ενέργεια Gibbs: Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs υπολογίζεται για συστήματα υπό σταθερή θερμοκρασία και πίεση.

Ελεύθερη ενέργεια Helmholtz: Η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz υπολογίζεται για συστήματα με σταθερή θερμοκρασία και όγκο.

Εφαρμογή

Ελεύθερη ενέργεια Gibbs: Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs χρησιμοποιείται συχνά, καθώς λαμβάνει υπόψη μια συνθήκη σταθερής πίεσης.

Ελεύθερη ενέργεια Helmholtz: Η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz δεν χρησιμοποιείται πολύ επειδή λαμβάνει υπόψη μια συνθήκη σταθερού όγκου.

Χημικές αντιδράσεις

Ελεύθερη ενέργεια Gibbs: Οι χημικές αντιδράσεις είναι αυθόρμητες όταν η αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας Gibbs είναι αρνητική.

Ελεύθερη ενέργεια Helmholtz: Οι χημικές αντιδράσεις είναι αυθόρμητες όταν η αλλαγή της ελεύθερης ενέργειας Helmholtz είναι αρνητική.

Συμπέρασμα

Η ελεύθερη ενέργεια Gibbs και η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz είναι δύο θερμοδυναμικοί όροι που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή της θερμοδυναμικής συμπεριφοράς ενός συστήματος. Και οι δύο αυτοί όροι περιλαμβάνουν την εσωτερική ενέργεια του συστήματος. Η κύρια διαφορά μεταξύ Gibbs και ελεύθερης ενέργειας Helmholtz είναι ότι η ελεύθερη ενέργεια Gibbs ορίζεται υπό σταθερή πίεση, ενώ η ελεύθερη ενέργεια Helmholtz ορίζεται υπό σταθερό όγκο.