Gibbs Free Energy vs Helmholtz Nishati Isiyolipishwa
Baadhi ya mambo hutokea yenyewe, mengine hayafanyiki. Mwelekeo wa mabadiliko umedhamiriwa na usambazaji wa nishati. Katika mabadiliko ya moja kwa moja, mambo huwa katika hali ambayo nishati hutawanywa kwa machafuko zaidi. Mabadiliko ni ya hiari, ikiwa husababisha nasibu kubwa na machafuko katika ulimwengu kwa ujumla. Kiwango cha machafuko, nasibu, au mtawanyiko wa nishati hupimwa kwa utendaji kazi wa serikali unaoitwa entropy. Sheria ya pili ya thermodynamics inahusiana na entropy, na inasema, entropy ya ulimwengu huongezeka kwa mchakato wa pekee.” Entropy inahusiana na kiasi cha joto kinachozalishwa; hicho ndicho kiwango ambacho nishati imeharibika. Kwa kweli, kiasi cha machafuko ya ziada yanayosababishwa na kiasi fulani cha joto q inategemea joto. Ikiwa tayari ni joto sana, joto la ziada kidogo halileti shida zaidi, lakini ikiwa halijoto ni ya chini sana, kiwango sawa cha joto kitasababisha ongezeko kubwa la shida. Kwa hivyo, inafaa zaidi kuandika, ds=dq/T.
Ili kuchanganua mwelekeo wa mabadiliko, tunapaswa kuzingatia mabadiliko katika mfumo na mazingira. Ukosefu wa usawa wa Clausius unaonyesha kile kinachotokea wakati nishati ya joto inapohamishwa kati ya mfumo na mazingira. (Zingatia kuwa mfumo uko katika msawazo wa halijoto na mazingira katika halijoto T)
dS – (dq/T) ≥ 0………………(1)
Helmholtz bila malipo
Ikiwa upashaji joto utafanywa kwa sauti isiyobadilika, tunaweza kuandika mlinganyo ulio hapo juu (1) kama ifuatavyo. Mlinganyo huu unaonyesha kigezo cha mwitikio wa moja kwa moja kutendeka kulingana na utendakazi wa serikali pekee.
dS – (dU/T) ≥ 0
Mlinganyo unaweza kupangwa upya ili kupata mlinganyo ufuatao.
TdS ≥ dU (equation 2); kwa hivyo, inaweza kuandikwa kama dU – TdS ≤ 0
Usemi ulio hapo juu unaweza kurahisishwa kwa matumizi ya neno Helmholtz nishati ‘A’, ambalo linaweza kufafanuliwa kama, A=U – TS
Kutoka kwa milinganyo iliyo hapo juu, tunaweza kupata kigezo cha majibu ya moja kwa moja kama dA≤0. Hii inasema kwamba, mabadiliko katika mfumo katika halijoto na sauti ya mara kwa mara ni ya hiari, ikiwa dA≤0. Kwa hivyo mabadiliko ni ya hiari wakati yanalingana na kupungua kwa nishati ya Helmholtz. Kwa hivyo, mifumo hii husogea kwa njia ya moja kwa moja, ili kutoa thamani ya chini A.
Gibbs bila malipo
Tunavutiwa na nishati isiyolipishwa ya Gibbs kuliko nishati isiyolipishwa ya Helmholtz katika kemia yetu ya maabara. Nishati ya bure ya Gibbs inahusiana na mabadiliko yanayotokea kwa shinikizo la mara kwa mara. Wakati nishati ya joto inapohamishwa kwa shinikizo la mara kwa mara, kuna kazi ya upanuzi tu; kwa hivyo, tunaweza kurekebisha na kuandika upya mlinganyo (2) kama ifuatavyo.
TdS ≥ dH
Mlinganyo huu unaweza kupangwa upya ili kutoa dH – TdS ≤ 0. Kwa neno Gibbs free energy ‘G’, mlingano huu unaweza kuandikwa kama, G=H – TS
Kwa halijoto isiyobadilika na shinikizo, miitikio ya kemikali hujitokea yenyewe katika mwelekeo wa kupunguza nishati isiyolipishwa ya Gibbs. Kwa hivyo, dG≤0.
Kuna tofauti gani kati ya Gibbs na Helmholtz free energy?
• Nishati isiyolipishwa ya Gibbs hufafanuliwa chini ya shinikizo la mara kwa mara, na nishati isiyolipishwa ya Helmholtz hufafanuliwa chini ya kiasi kisichobadilika.
• Tunavutiwa zaidi na nishati isiyolipishwa ya Gibbs katika kiwango cha maabara kuliko nishati ya bure ya Helmholtz, kwa sababu hutokea kwa shinikizo la mara kwa mara.
• Katika halijoto isiyobadilika na shinikizo, miitikio ya kemikali hujitokeza yenyewe katika mwelekeo wa kupunguza nishati isiyolipishwa ya Gibbs. Kinyume chake, katika halijoto na sauti isiyobadilika, miitikio hujitokea yenyewe katika mwelekeo wa kupunguza nishati isiyolipishwa ya Helmholtz.
