Verschil tussen Gibbs en Helmholtz Vrije energie

Belangrijkste verschil - Gibbs vs Helmholtz Free Energy

Er zijn vier belangrijke thermodynamische potentialen die worden gebruikt in de thermodynamica van chemische reacties. Het zijn interne energie, enthalpie, vrije energie van Helmholtz en Gibbs-vrije energie. Interne energie is de energie die samenhangt met de beweging van moleculen. Enthalpy is de totale warmte-inhoud van het systeem. Helmholtz Free Energy is het "nuttige werk" dat kan worden verkregen uit het systeem. Gibbs vrije energie is het maximale omkeerbare werk dat kan worden verkregen uit een systeem. Al deze termen beschrijven het gedrag van een bepaald systeem. Het grootste verschil tussen Gibbs en Helmholtz vrije energie is dat De vrije energie van Gibbs wordt gedefinieerd onder constante druk, terwijl de vrije energie van Helmholtz wordt gedefinieerd onder een constant volume.

Key Areas Covered

1. Wat is Gibbs Free Energy
      - Definitie, vergelijking voor berekening en toepassingen
2. Wat is Helmholtz Free Energy
      - Definitie, vergelijking voor berekening en toepassingen
3. Wat is het verschil tussen Gibbs en Helmholtz vrije energie
      - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: Enthalpy, Gibbs Free Energy, Helmholtz Free Energy, Internal Energy, Thermodynamic Potentials    

Wat is Gibbs Free Energy

Gibbs vrije energie kan worden gedefinieerd als het maximale omkeerbare werk dat kan worden verkregen uit een bepaald systeem. Om deze Gibbs-vrije energie te berekenen, moet het systeem op een constante temperatuur en constante druk zijn. Het symbool G wordt gegeven voor Gibbs vrije energie. De Gibbs vrije energie kan worden gebruikt om te voorspellen of een chemische reactie spontaan of niet-spontaan is.

De Gibbs vrije energie wordt berekend uit SI-eenheid J (Joule). De gratis energie van Gibbs geeft de maximale hoeveelheid werk die wordt gedaan door een gesloten systeem in plaats van het systeem uit te breiden. De werkelijke energie die bij deze definitie past, kan worden verkregen wanneer het reversibele proces wordt overwogen. Gibbs vrije energie wordt altijd berekend als de verandering van energie. Dit wordt gegeven als ΔG. Dit is gelijk aan het verschil tussen de initiële energie en de uiteindelijke energie. De vergelijking voor de Gibbs vrije energie kan worden gegeven zoals hieronder.

Vergelijking

G = U - TS + PV

Waarbij G de vrije energie van Gibbs is,

               U is de interne energie van het systeem,

               T is de absolute temperatuur van het systeem,

               V is het laatste volume van het systeem,

               P is de absolute druk van het systeem,

               S is de laatste entropie van het systeem.

Maar de enthalpie van het systeem is gelijk aan de interne energie van het systeem plus het product van druk en volume. Vervolgens kan de bovenstaande vergelijking worden gewijzigd zoals hieronder.

G = H - TS

              of

ΔG = ΔH - TΔS

Als de waarde van ΔG een negatieve waarde is, betekent dit dat de reactie spontaan is. Als de waarde van AG een positieve waarde is, dan is de reactie niet-spontaan.  

Figuur 1: een exotherme reactie

Een negatieve ΔG geeft een negatieve ΔH-waarde aan. Dat betekent dat de energie wordt vrijgegeven aan de omgeving. Het wordt een exotherme reactie genoemd. Een positieve ΔG geeft een positieve ΔH-waarde aan. Het is een endotherme reactie.

Wat is Helmholtz Free Energy

Helmholtz Free Energy kan worden gedefinieerd als het "nuttige werk" dat kan worden verkregen door een gesloten systeem. Deze term is gedefinieerd voor een constante temperatuur en een constant volume. Het concept is ontwikkeld door de Duitse wetenschapper Hermann von Helmholtz. Deze term kan worden gegeven in de onderstaande vergelijking.

Vergelijking

A = U - TS

Waarbij, A de vrije energie van Helmholtz is,

              U is de interne energie,

              T is de absolute temperatuur,

              S is de laatste entropie van het systeem.

Voor spontane reacties is ΔA negatief. Daarom, wanneer een chemische reactie in een systeem wordt overwogen, zou de verandering in de energie die op constante temperatuur en volume is een negatieve waarde moeten hebben om een ​​spontane reactie te zijn.

Verschil tussen Gibbs en Helmholtz Vrije energie

Definitie

Gibbs Free Energy: Gibbs vrije energie kan worden gedefinieerd als het maximale omkeerbare werk dat kan worden verkregen uit een bepaald systeem.

Helmholtz gratis energie: Helmholtz Free Energy kan worden gedefinieerd als het "nuttige werk" dat kan worden verkregen door een gesloten systeem.

Constante parameters

Gibbs Free Energy: De Gibbs vrije energie wordt berekend voor systemen onder constante temperatuur en druk.

Helmholtz gratis energie: De vrije energie van Helmholtz wordt berekend voor systemen met constante temperatuur en volume.

Toepassing

Gibbs Free Energy: De Gibbs vrije energie wordt vaak gebruikt omdat het een constante drukconditie beschouwt.

Helmholtz gratis energie: De vrije energie van Helmholtz wordt niet veel gebruikt omdat het een constante volumeconditie beschouwt.

Chemische reacties

Gibbs Free Energy: Chemische reacties zijn spontaan wanneer de Gibbs vrije energiewijziging negatief is.

Helmholtz gratis energie: Chemische reacties zijn spontaan wanneer de vrije energetische verandering van Helmholtz negatief is.

Conclusie

Gibbs-vrije energie en Helmholtz-vrije energie zijn twee thermodynamische termen die worden gebruikt om het gedrag van een thermodynamisch systeem te beschrijven. Beide termen omvatten de interne energie van het systeem. Het belangrijkste verschil tussen Gibbs en Helmholtz vrije energie is dat Gibbs vrije energie wordt gedefinieerd onder constante druk, terwijl Helmholtz vrije energie wordt gedefinieerd onder constant volume.

Referenties:

1. "Helmholtz Free Energy." Helmholtz en Gibbs Free Energies, hier beschikbaar. Toegankelijk 25 september 2017.
2. "Gibbs gratis energie." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 12 september 2017, hier beschikbaar. Toegankelijk 25 september 2017.
3. "Helmholtz-vrije energie." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 12 september 2017, hier beschikbaar. Toegankelijk 25 september 2017.

Afbeelding met dank aan:

1. "ThermiteReaction" door gebruiker: Nikthestunned (Wikipedia) - Eigen werk - ook op Flickr (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia