Gibbs Free Energiya va Helmholtz Free Energy
  

Ba'zi narsalar o'z-o'zidan sodir bo'ladi, boshqalari esa yo'q. O'zgarish yo'nalishi energiya taqsimoti bilan belgilanadi. O'z-o'zidan o'zgarganda, narsalar energiya ko'proq tartibsiz ravishda tarqaladigan holatga keladi. O'zgarish o'z-o'zidan sodir bo'ladi, agar bu butun koinotda ko'proq tasodifiylik va tartibsizlikka olib keladigan bo'lsa. Xaos, tasodifiylik yoki energiyaning tarqalish darajasi entropiya deb nomlangan davlat funktsiyasi bilan o'lchanadi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni entropiya bilan bog'liq va u shunday deydi: "Koinotning entropiyasi o'z-o'zidan paydo bo'ladigan jarayonda ortadi". Entropiya hosil bo'lgan issiqlik miqdori bilan bog'liq; energiyaning tanazzulga uchrash darajasi. Aslida, ma'lum bir issiqlik q tufayli kelib chiqqan qo'shimcha tartibsizliklar haroratga bog'liq. Agar u haddan tashqari isib ketsa, bir oz ortiqcha issiqlik yanada ko'proq tartibsizliklarni keltirib chiqarmaydi, lekin agar harorat juda past bo'lsa, issiqlikning bir xil miqdori buzilishning keskin o'sishiga olib keladi. Shuning uchun, ds = dq / T deb yozish to'g'ri keladi.

O'zgarish yo'nalishini tahlil qilish uchun ikkala tizimdagi va atrofdagi o'zgarishlarni hisobga olish kerak. Quyidagi Clausius tengsizligi issiqlik energiyasini tizim va uning atrofida o'tkazilganda nima sodir bo'lishini ko'rsatadi. (T T haroratida atrofdagi narsalar bilan termal muvozanatda ekanligiga e'tibor bering)

dS - (dq / t) ≥ 0 ……… .. (1)

Helmholtz energiyasi

Agar isitish doimiy hajmda amalga oshirilsa, yuqoridagi tenglamani (1) quyidagicha yozishimiz mumkin. Ushbu tenglama spontan reaktsiyaning faqat davlat funktsiyalari nuqtai nazaridan sodir bo'lish mezonini ifodalaydi.

dS - (dU / T) ≥ 0

Quyidagi tenglamani olish uchun tenglamani o'zgartirish mumkin.

TdS ≥ dU (2-tenglama); shuning uchun uni dU - TdS as 0 deb yozish mumkin

Yuqoridagi ibora Helmholtz energiya 'A' atamasi yordamida soddalashtirilishi mumkin, uni quyidagicha aniqlash mumkin.

A = U - TS

Yuqoridagi tenglamalardan biz o'z-o'zidan paydo bo'ladigan reaktsiya mezonini dA≤0 sifatida olamiz. Agar dA≤0 bo'lsa, doimiy harorat va hajmdagi tizimning o'zgarishi o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Shunday qilib, o'zgarishlar Helmholtz energiyasining pasayishiga to'g'ri kelganda o'z-o'zidan paydo bo'ladi. Shu sababli, ushbu tizimlar A qiymatidan pastroq bo'lish uchun o'z-o'zidan harakatlanadilar.

Gibbs bo'sh energiya

Laboratoriya kimyosidagi Helmholtz bepul energiyasidan ko'ra biz Gibbsning erkin energiyasiga qiziqamiz. Gibbsning erkin energiyasi doimiy bosim ostida sodir bo'ladigan o'zgarishlar bilan bog'liq. Issiqlik energiyasi doimiy bosim ostida o'tkazilganda, faqat kengaytirish ishlari mavjud; shuning uchun (2) tenglamani quyidagicha o'zgartirishimiz va yozishimiz mumkin.

TdS ≥ dH

Bu tenglamani dH - TdS give 0 berish uchun qayta o'zgartirish mumkin. Gibbsning erkin energiyasi 'G' atamasi bilan ushbu tenglama quyidagicha yozilishi mumkin.

G = H - TS

Doimiy harorat va bosimda kimyoviy reaktsiyalar Gibbsning erkin energiyasini kamaytirish tomon o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Shuning uchun dG≤0.

Gibbs va Helmholtzning erkin energiyasi o'rtasidagi farq nima? Gibbsning erkin energiyasi doimiy bosim ostida, Helmholts erkin energiyasi doimiy hajmda aniqlanadi. • Bizni Helmholtz bepul energiyasidan ko'ra Gibbsning erkin energiyasi laboratoriya darajasida ko'proq qiziqtiradi, chunki ular doimiy bosim ostida bo'ladi. • Doimiy harorat va bosimda kimyoviy reaktsiyalar Gibbsning erkin energiyasini kamaytirish tomon o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Bunga javoban, doimiy harorat va hajmda, reaktsiyalar Helmholtzning erkin energiyasini kamaytirish tomon o'z-o'zidan sodir bo'ladi.