Gibbs Free Energy vs Helmholtz Free Energy
Beberapa hal terjadi secara spontan, yang lain tidak. Arah perubahan ditentukan oleh distribusi energi. Dalam perubahan spontan, hal-hal cenderung ke keadaan di mana energi lebih tersebar secara kacau. Perubahan adalah spontan, jika itu mengarah pada keacakan dan kekacauan yang lebih besar di alam semesta secara keseluruhan. Tingkat kekacauan, keacakan, atau penyebaran energi diukur dengan fungsi keadaan yang disebut entropi. Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi, dan dikatakan, “entropi alam semesta meningkat dalam proses spontan. Entropi berhubungan dengan jumlah panas yang dihasilkan; itu adalah sejauh mana energi telah terdegradasi. Faktanya, jumlah gangguan ekstra yang disebabkan oleh sejumlah panas q tertentu tergantung pada suhu. Jika sudah sangat panas, sedikit panas ekstra tidak membuat lebih banyak gangguan, tetapi jika suhunya sangat rendah, jumlah panas yang sama akan menyebabkan peningkatan gangguan yang dramatis. Oleh karena itu, lebih tepat untuk menulis, ds=dq/T.
Untuk menganalisis arah perubahan, kita harus mempertimbangkan perubahan baik sistem maupun lingkungan. Pertidaksamaan Clausius berikut menunjukkan apa yang terjadi ketika energi panas ditransfer antara sistem dan sekitarnya. (Pertimbangkan sistem dalam kesetimbangan termal dengan lingkungan pada suhu T)
dS – (dq/T) 0………………(1)
energi bebas Helmholtz
Jika pemanasan dilakukan pada volume konstan, kita dapat menulis persamaan di atas (1) sebagai berikut. Persamaan ini menyatakan kriteria reaksi spontan yang terjadi hanya dalam bentuk fungsi keadaan.
dS – (dU/T) 0
Persamaan dapat disusun kembali untuk mendapatkan persamaan berikut.
TdS dU (persamaan 2); oleh karena itu, dapat ditulis sebagai dU – TdS 0
Pernyataan di atas dapat disederhanakan dengan menggunakan istilah energi Helmholtz 'A', yang dapat didefinisikan sebagai, A=U – TS
Dari persamaan di atas, kita dapat menurunkan kriteria untuk reaksi spontan sebagai dA≤0. Ini menyatakan bahwa, perubahan dalam sistem pada suhu dan volume konstan adalah spontan, jika dA≤0. Jadi perubahan adalah spontan ketika itu sesuai dengan penurunan energi Helmholtz. Oleh karena itu, sistem ini bergerak dalam jalur spontan, untuk memberikan nilai A yang lebih rendah.
Gibbs energi gratis
Kami lebih tertarik pada energi bebas Gibbs daripada energi bebas Helmholtz dalam kimia laboratorium kami. Energi bebas Gibbs berhubungan dengan perubahan yang terjadi pada tekanan tetap. Ketika energi panas ditransfer pada tekanan konstan, hanya ada pekerjaan ekspansi; oleh karena itu, kita dapat memodifikasi dan menulis ulang persamaan (2) sebagai berikut.
TdS dH
Persamaan ini dapat disusun kembali menjadi dH – TdS 0. Dengan istilah energi bebas Gibbs ‘G’, persamaan ini dapat ditulis sebagai, G=H – TS
Pada suhu dan tekanan konstan, reaksi kimia berlangsung spontan dengan arah penurunan energi bebas Gibbs. Oleh karena itu, dG≤0.
Apa perbedaan antara energi bebas Gibbs dan Helmholtz?
• Energi bebas Gibbs didefinisikan di bawah tekanan konstan, dan energi bebas Helmholtz didefinisikan di bawah volume konstan.
• Kami lebih tertarik pada energi bebas Gibbs di tingkat laboratorium daripada energi bebas Helmholtz, karena energi tersebut terjadi pada tekanan konstan.
• Pada suhu dan tekanan konstan, reaksi kimia berlangsung spontan dengan arah penurunan energi bebas Gibbs. Sebaliknya, pada suhu dan volume konstan, reaksi berlangsung spontan dengan arah penurunan energi bebas Helmholtz.
