Tenaga Bebas Gibbs vs Tenaga Bebas Helmholtz
Beberapa perkara berlaku secara spontan, yang lain tidak berlaku. Arah perubahan ditentukan oleh pengagihan tenaga. Dalam perubahan spontan, keadaan cenderung kepada keadaan di mana tenaga lebih tersebar secara kacau. Perubahan itu berlaku secara spontan, jika ia membawa kepada kekacauan dan kekacauan yang lebih besar di alam semesta secara keseluruhan. Tahap kekacauan, rawak, atau penyebaran tenaga diukur oleh fungsi keadaan yang disebut entropi. Hukum kedua termodinamik berkaitan dengan entropi, dan ia mengatakan, "entropi alam semesta meningkat dalam proses spontan." Entropi berkaitan dengan jumlah haba yang dihasilkan; itu adalah sejauh mana tenaga telah menurun. Sebenarnya, jumlah gangguan tambahan yang disebabkan oleh jumlah haba tertentu bergantung pada suhu. Sekiranya sudah sangat panas, sedikit haba tambahan tidak menimbulkan banyak gangguan,tetapi jika suhunya sangat rendah, jumlah haba yang sama akan menyebabkan peningkatan gangguan secara mendadak. Oleh itu, lebih sesuai untuk menulis, ds = dq / T.
Untuk menganalisis arah perubahan, kita harus mempertimbangkan perubahan di kedua sistem dan sekitarnya. Ketaksamaan Clausius berikut menunjukkan apa yang berlaku apabila tenaga haba dipindahkan antara sistem dan sekitarnya. (Pertimbangkan sistem berada dalam keseimbangan termal dengan sekitarnya pada suhu T)
dS - (dq / T) ≥ 0 ……………… (1)
Helmholtz bebas tenaga
Sekiranya pemanasan dilakukan pada isipadu tetap, kita dapat menulis persamaan di atas (1) seperti berikut. Persamaan ini menyatakan kriteria untuk reaksi spontan berlaku dari segi fungsi keadaan sahaja.
dS - (dU / T) ≥ 0
Persamaan dapat disusun semula untuk mendapatkan persamaan berikut.
TdS ≥ dU (persamaan 2); oleh itu, ia boleh ditulis sebagai dU - TdS ≤ 0
Ungkapan di atas dapat disederhanakan dengan penggunaan istilah Helmholtz energy 'A', yang dapat didefinisikan sebagai, A = U - TS
Dari persamaan di atas, kita dapat memperoleh kriteria untuk tindak balas spontan sebagai dA≤0. Ini menyatakan bahawa, perubahan sistem pada suhu dan isipadu tetap adalah spontan, jika dA≤0. Jadi perubahan itu berlaku secara spontan apabila berkaitan dengan penurunan tenaga Helmholtz. Oleh itu, sistem ini bergerak secara spontan, untuk memberikan nilai A yang lebih rendah.
Tenaga bebas Gibbs
Kami berminat dengan tenaga bebas Gibbs daripada tenaga bebas Helmholtz di kimia makmal kami. Tenaga bebas Gibbs berkaitan dengan perubahan yang berlaku pada tekanan berterusan. Apabila tenaga haba dipindahkan pada tekanan berterusan, hanya ada kerja pengembangan; oleh itu, kita dapat mengubah dan menulis semula persamaan (2) seperti berikut.
TdS ≥ dH
Persamaan ini dapat disusun semula untuk memberikan dH - TdS ≤ 0. Dengan istilah Gibbs tenaga bebas 'G', persamaan ini dapat ditulis sebagai, G = H - TS
Pada suhu dan tekanan berterusan, tindak balas kimia secara spontan ke arah penurunan tenaga bebas Gibbs. Oleh itu, dG≤0.
Apakah perbezaan antara tenaga bebas Gibbs dan Helmholtz?
• Tenaga bebas Gibbs didefinisikan di bawah tekanan berterusan, dan tenaga bebas Helmholtz didefinisikan di bawah jumlah tetap.
• Kami lebih berminat dengan tenaga bebas Gibbs di peringkat makmal daripada tenaga bebas Helmholtz, kerana ia berlaku pada tekanan berterusan.
• Pada suhu dan tekanan berterusan, tindak balas kimia secara spontan ke arah penurunan tenaga bebas Gibbs. Sebaliknya, pada suhu dan isipadu yang berterusan, reaksi secara spontan ke arah penurunan tenaga bebas Helmholtz.
