Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy
May mga bagay na kusang nangyayari, ang iba ay hindi. Ang direksyon ng pagbabago ay tinutukoy ng pamamahagi ng enerhiya. Sa kusang pagbabago, ang mga bagay ay may posibilidad na maging isang estado kung saan ang enerhiya ay mas magulo na nakakalat. Ang isang pagbabago ay kusang-loob, kung ito ay humantong sa higit na randomness at kaguluhan sa uniberso sa kabuuan. Ang antas ng kaguluhan, randomness, o dispersal ng enerhiya ay sinusukat ng isang function ng estado na tinatawag na entropy. Ang ikalawang batas ng thermodynamics ay nauugnay sa entropy, at sinasabi nito, ang entropy ng uniberso ay tumataas sa isang kusang proseso.” Ang entropy ay nauugnay sa dami ng init na nabuo; iyon ay ang lawak kung saan ang enerhiya ay nasira. Sa katunayan, ang dami ng dagdag na kaguluhan na dulot ng isang naibigay na halaga ng init q ay depende sa temperatura. Kung ito ay napakainit na, ang kaunting dagdag na init ay hindi na lumilikha ng higit pang kaguluhan, ngunit kung ang temperatura ay napakababa, ang parehong dami ng init ay magdudulot ng kapansin-pansing pagtaas ng kaguluhan. Samakatuwid, mas angkop na isulat ang, ds=dq/T.
Upang pag-aralan ang direksyon ng pagbabago, kailangan nating isaalang-alang ang mga pagbabago sa parehong sistema at sa paligid. Ang sumusunod na hindi pagkakapantay-pantay ng Clausius ay nagpapakita kung ano ang nangyayari kapag ang enerhiya ng init ay inilipat sa pagitan ng system at ng nakapalibot. (Isaalang-alang ang sistema ay nasa thermal equilibrium na ang nakapalibot ay nasa temperaturang T)
dS – (dq/T) ≥ 0………………(1)
Helmholtz libreng enerhiya
Kung ang pag-init ay ginawa sa pare-pareho ang volume, maaari nating isulat ang equation sa itaas (1) bilang mga sumusunod. Ang equation na ito ay nagpapahayag ng criterion para sa isang kusang reaksyon na magaganap sa mga tuntunin ng mga function ng estado lamang.
dS – (dU/T) ≥ 0
Maaaring muling ayusin ang equation upang makuha ang sumusunod na equation.
TdS ≥ dU (equation 2); samakatuwid, maaari itong isulat bilang dU – TdS ≤ 0
Maaaring gawing simple ang expression sa itaas sa pamamagitan ng paggamit ng terminong Helmholtz energy na 'A', na maaaring tukuyin bilang, A=U – TS
Mula sa mga equation sa itaas, maaari tayong makakuha ng criterion para sa isang kusang reaksyon bilang dA≤0. Ito ay nagsasaad na, ang isang pagbabago sa isang sistema sa pare-parehong temperatura at volume ay kusang-loob, kung dA≤0. Kaya ang pagbabago ay kusang-loob kapag ito ay katumbas ng pagbaba ng enerhiya ng Helmholtz. Samakatuwid, gumagalaw ang mga system na ito sa isang kusang landas, upang magbigay ng mas mababang halaga ng A.
Gibbs libreng enerhiya
Interesado kami sa libreng enerhiya ng Gibbs kaysa sa libreng enerhiya ng Helmholtz sa aming kimika sa laboratoryo. Ang libreng enerhiya ng Gibbs ay nauugnay sa mga pagbabagong nangyayari sa patuloy na presyon. Kapag ang enerhiya ng init ay inilipat sa pare-pareho ang presyon, mayroon lamang expansion work; samakatuwid, maaari nating baguhin at isulat muli ang equation (2) bilang mga sumusunod.
TdS ≥ dH
Ang equation na ito ay maaaring muling ayusin upang magbigay ng dH – TdS ≤ 0. Gamit ang terminong Gibbs free energy na ‘G’, ang equation na ito ay maaaring isulat bilang, G=H – TS
Sa pare-parehong temperatura at presyon, kusang-loob ang mga reaksiyong kemikal sa direksyon ng pagbaba ng libreng enerhiya ng Gibbs. Samakatuwid, dG≤0.
Ano ang pagkakaiba ng Gibbs at Helmholtz na libreng enerhiya?
• Tinutukoy ang libreng enerhiya ng Gibbs sa ilalim ng pare-parehong presyon, at ang libreng enerhiya ng Helmholtz ay tinukoy sa ilalim ng pare-parehong volume.
• Mas interesado kami sa libreng enerhiya ng Gibbs sa antas ng laboratoryo kaysa sa libreng enerhiya ng Helmholtz, dahil nangyayari ang mga ito sa palaging presyon.
• Sa pare-parehong temperatura at presyon, kusang-loob ang mga reaksiyong kemikal sa direksyon ng pagbaba ng libreng enerhiya ng Gibbs. Sa kaibahan, sa pare-parehong temperatura at volume, ang mga reaksyon ay kusang-loob sa direksyon ng pagbaba ng libreng enerhiya ng Helmholtz.
