Гиббс Фри Энергия и Хельмгольц Эркин Энергия
Кээ бир нерселер өзүнөн өзү болот, башкалары андай болбойт. Өзгөрүү багыты энергиянын бөлүштүрүлүшү менен аныкталат. Спонтандык өзгөрүүлөрдө нерселер энергия көбүрөөк баш аламан чачыраган абалга келет. Эгер бүтүндөй ааламдагы кокустукка жана башаламандыкка алып келсе, өзгөрүү стихиялуу болуп саналат. Энергиянын хаостун, кокустуктун же дисперстүүлүктүн даражасы энтропия деп аталган абал функциясы менен өлчөнөт. Термодинамиканын экинчи мыйзамы энтропияга байланыштуу жана анда мындай дейт: «Ааламдын энтропиясы стихиялуу процессте өсөт.” Энтропия пайда болгон жылуулуктун көлөмүнө байланыштуу; энергиянын канчалык деградацияга учурагандыгы. Чындыгында, берилген жылуулук q өлчөмүнөн келип чыккан кошумча тартипсиздиктин көлөмү температурага көз каранды. Эгер ал буга чейин эле өтө ысык болсо, бир аз ашыкча жылуулук көбүрөөк тартипсиздикти жаратпайт, бирок температура өтө төмөн болсо, ошол эле жылуулук баш аламандыктын кескин көбөйүшүнө алып келет. Ошондуктан, ds=dq/T. деп жазуу ылайыктуураак.
Өзгөрүү багытын талдоо үчүн биз системадагы жана айланадагы өзгөрүүлөрдү эске алышыбыз керек. Төмөнкү Клаузиус теңсиздиги система менен айлананын ортосунда жылуулук энергиясы өткөндө эмне болорун көрсөтөт. (Системанын айлана-чөйрө менен жылуулук тең салмактуулугу T температурасында экенин эске алыңыз)
dS – (dq/T) ≥ 0………………(1)
Гельмгольц бош энергия
Эгер жылытуу туруктуу көлөмдө жүргүзүлсө, жогорудагы теңдемени (1) төмөнкүдөй жаза алабыз. Бул теңдеме стихиялуу реакциянын шарттуу функциялардын шартында гана болушу үчүн критерийди билдирет.
dS – (dU/T) ≥ 0
Төмөнкү теңдемени алуу үчүн теңдемени кайра түзсө болот.
TdS ≥ dU (2-теңдеме); ошондуктан, аны dU катары жазса болот – TdS ≤ 0
Жогорудагы туюнтманы Гельмгольц энергиясы 'A' терминин колдонуу менен жөнөкөйлөштүрсө болот, аны төмөнкүдөй аныктоого болот:
A=U – TS
Жогорудагы теңдемелерден биз dA≤0 катары спонтандык реакциянын критерийин чыгара алабыз. Бул системанын өзгөрүүсү туруктуу температурада жана көлөмдө, эгерде dA≤0 болсо, өзүнөн-өзү болот деп айтылат. Демек, өзгөрүү Гельмгольц энергиясынын азайышына туура келгенде стихиялуу болот. Демек, бул системалар стихиялуу жолдо кыймылдап, төмөнкү A маанисин берет.
Гиббс бош энергия
Бизди лабораториялык химиядагы Гельмгольц бош энергиясына караганда Гиббстин бош энергиясы кызыктырат. Гиббс бош энергиясы туруктуу басымда болуп жаткан өзгөрүүлөргө байланыштуу. Жылуулук энергиясы туруктуу басымда берилгенде, кеңейтүү иши гана болот; ошондуктан (2) теңдемени төмөнкүдөй өзгөртүп, кайра жаза алабыз.
TdS ≥ dH
Бул теңдемени dH – TdS ≤ 0 берүү үчүн кайра иретке келтирсе болот. Гиббстин бош энергиясы ‘G’ термини менен бул теңдемени төмөнкүчө жазууга болот:
G=H – TS
Туруктуу температурада жана басымда химиялык реакциялар Гиббстин бош энергиясынын азайышы багытында өзүнөн-өзү жүрөт. Демек, dG≤0.
Гиббс менен Гельмгольц бош энергиянын ортосунда кандай айырма бар?
• Гиббс бош энергиясы туруктуу басымда, ал эми Гельмгольц бош энергиясы туруктуу көлөмдө аныкталат.
• Гельмгольц бош энергиясына караганда лабораториялык деңгээлдеги Гиббстин бош энергиясы бизди көбүрөөк кызыктырат, анткени алар туруктуу басымда пайда болот.
• Туруктуу температурада жана басымда химиялык реакциялар Гиббс бош энергиясын азайтуу багытында өзүнөн-өзү жүрөт. Ал эми туруктуу температурада жана көлөмдө реакциялар Гельмгольц бош энергиясынын азайышы багытында өзүнөн-өзү жүрөт.
