Energi Bebas Gibbs vs Energi Bebas Helmholtz
Beberapa hal terjadi secara spontan, yang lainnya tidak. Arah perubahan ditentukan oleh distribusi energi. Dalam perubahan spontan, hal-hal cenderung ke keadaan di mana energinya tersebar secara lebih kacau. Suatu perubahan bersifat spontan, jika itu mengarah pada keacakan dan kekacauan yang lebih besar di alam semesta secara keseluruhan. Derajat 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 terkait dengan jumlah panas yang dihasilkan; sejauh mana energi telah terdegradasi. Faktanya, jumlah gangguan ekstra yang disebabkan oleh sejumlah q panas tergantung pada suhu. Jika sudah sangat panas, sedikit panas ekstra tidak akan membuat lebih banyak gangguan,tetapi jika suhu 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 sekitarnya. Ketidaksamaan Clausius berikut ini menunjukkan apa yang terjadi ketika energi panas ditransfer antara sistem dan sekitarnya. (Pertimbangkan sistem dalam kesetimbangan termal dengan sekitarnya pada suhu T)
dS - (dq / T) ≥ 0 ……………… (1)
Energi bebas Helmholtz
Jika pemanasan dilakukan pada volume konstan, maka persamaan (1) diatas dapat dituliskan sebagai berikut. Persamaan ini menyatakan kriteria untuk reaksi spontan terjadi hanya dalam fungsi keadaan.
dS - (dU / T) ≥ 0
Persamaan tersebut dapat diatur ulang untuk mendapatkan persamaan berikut.
TdS ≥ dU (persamaan 2); oleh karena itu, dapat ditulis sebagai dU - TdS ≤ 0
Ekspresi di atas dapat disederhanakan dengan menggunakan istilah energi Helmholtz 'A', yang dapat didefinisikan sebagai, A = U - TS
Dari persamaan di atas, kita dapat memperoleh kriteria untuk reaksi spontan sebagai dA≤0. Ini menyatakan bahwa, perubahan sistem pada suhu dan volume konstan adalah spontan, jika dA≤0. Jadi, perubahan terjadi secara spontan jika dikaitkan dengan penurunan energi Helmholtz. Oleh karena itu, sistem ini bergerak secara spontan, menghasilkan nilai A yang lebih rendah.
Energi bebas Gibbs
Kami tertarik pada energi bebas Gibbs daripada energi bebas Helmholtz dalam kimia laboratorium kami. Energi bebas gibbs berhubungan dengan perubahan yang terjadi pada tekanan konstan. Ketika energi panas ditransfer pada tekanan konstan, yang ada hanyalah kerja 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 terjadi secara spontan dalam arah penurunan energi bebas Gibbs. Oleh karena itu, dG≤0.
Apa perbedaan antara energi bebas Gibbs dan Helmholtz?
• Energi bebas gibbs ditentukan di bawah tekanan konstan, dan energi bebas Helmholtz ditentukan 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 terjadi secara spontan dalam arah penurunan energi bebas Gibbs. Sebaliknya, pada suhu dan volume yang konstan, reaksi terjadi secara spontan dengan arah penurunan energi bebas Helmholtz.
