جيبس فري انيرجي vs هيلمهولتز فري انيرجي
  

بعض الأشياء تحدث تلقائيا ، والبعض الآخر لا. يتم تحديد اتجاه التغيير من خلال توزيع الطاقة. في التغيير التلقائي ، تميل الأمور إلى حالة تكون فيها الطاقة أكثر تشتتًا بطريقة عشوائية. التغيير تلقائي ، إذا كان يؤدي إلى مزيد من العشوائية والفوضى في الكون ككل. يتم قياس درجة الفوضى ، والعشوائية ، أو تشتت الطاقة عن طريق وظيفة الدولة تسمى الانتروبيا. يرتبط القانون الثاني للديناميكا الحرارية بالإنتروبيا ، وهو يقول ، "إن الكون يزيد في عملية عفوية." يرتبط الإنتروبيا بكمية الحرارة المتولدة ؛ هذا هو مدى تدهور الطاقة. في الواقع ، تعتمد كمية الاضطرابات الإضافية الناتجة عن كمية معينة من الحرارة على درجة الحرارة. إذا كان الجو حارًا للغاية بالفعل ، فإن القليل من الحرارة الزائدة لا يسبب اضطرابًا أكبر بكثير ، ولكن إذا كانت درجة الحرارة منخفضة للغاية ، فإن نفس كمية الحرارة ستتسبب في زيادة هائلة في الاضطراب. لذلك ، من الأنسب أن تكتب ، ds = dq / T.

لتحليل اتجاه التغيير ، يتعين علينا النظر في التغييرات في كل من النظام والمناطق المحيطة به. يظهر عدم المساواة في Clausius التالية ما يحدث عند نقل الطاقة الحرارية بين النظام والمناطق المحيطة. (ضع في اعتبارك أن النظام في حالة توازن حراري مع المحيط عند درجة حرارة T)

dS - (dq / T) ≥ 0 ................. (1)

هيلمهولتز طاقة حرة

إذا تم التسخين بحجم ثابت ، فيمكننا كتابة المعادلة أعلاه (1) على النحو التالي. تعبر هذه المعادلة عن معيار رد الفعل التلقائي الذي يحدث من حيث وظائف الحالة فقط.

dS - (dU / T) ≥ 0

يمكن إعادة ترتيب المعادلة للحصول على المعادلة التالية.

TdS ≥ dU (المعادلة 2) ؛ لذلك ، يمكن كتابتها كـ dU - TdS ≤ 0

يمكن تبسيط التعبير أعلاه من خلال استخدام مصطلح Helmholtz energy 'A' ، والذي يمكن تعريفه على أنه ،

A = U - TS

من المعادلات المذكورة أعلاه ، يمكننا استنباط معيار للتفاعل التلقائي مثل dA≤0. هذا ينص على أن التغيير في النظام عند درجة حرارة ثابتة وحجم ثابت تلقائيًا ، إذا كان dA≤0. لذا فإن التغيير يكون تلقائيًا عندما يتوافق مع انخفاض طاقة هلمهولتز. لذلك ، تتحرك هذه الأنظمة في مسار عفوي ، لإعطاء قيمة أقل.

جيبس الطاقة الحرة

نحن مهتمون بجبس الطاقة المجانية من طاقة هيلمهولتز الحرة في كيمياء المختبرات لدينا. يرتبط طاقة Gibbs المجانية بالتغيرات التي تحدث عند الضغط المستمر. عندما يتم نقل الطاقة الحرارية تحت ضغط ثابت ، لا يوجد سوى أعمال تمدد ؛ لذلك ، يمكننا تعديل وإعادة كتابة المعادلة (2) على النحو التالي.

TdS ≥ dH

يمكن إعادة ترتيب هذه المعادلة لإعطاء dH - TdS ≤ 0. مع مصطلح Gibbs free energy ‘G’ ، يمكن كتابة هذه المعادلة كـ:

G = H - TS

عند درجة حرارة ثابتة وضغط ، تكون التفاعلات الكيميائية عفوية في اتجاه تقليل الطاقة الخالية من جيبس. لذلك ، dG≤0.