Une réaction se produira-t-elle spontanément ? C’est à cette question que répond l’énergie libre de Gibbs. Elle combine l’enthalpie et l’entropie en une seule grandeur qui prédit la spontanéité. L’équation est ΔG = ΔH - TΔS. Si ΔG est négatif, la réaction est spontanée. S’il est positif, la réaction est non spontanée. S’il est nul, le système est à l’équilibre. L’énergie libre de Gibbs est la force motrice de la thermodynamique.

Ce concept a été développé par Josiah Willard Gibbs dans les années 1870. Il a démontré qu'à température et pression constantes, les transformations spontanées tendent vers les énergies libres les plus faibles. L'énergie libre est l'énergie disponible pour effectuer un travail utile. Une partie de l'énergie totale est liée à l'entropie et ne peut être utilisée. Le reste est libre.

L'énergie libre de Gibbs explique de nombreuses observations. Une réaction exothermique à entropie croissante est toujours spontanée. Une réaction endothermique à entropie décroissante n'est jamais spontanée. Une réaction exothermique à entropie décroissante est spontanée à basse température. Une réaction endothermique à entropie croissante est spontanée à haute température. Cette dépendance à la température provient du terme T ΔS.

L'énergie libre de Gibbs est utilisée pour prédire la faisabilité des réactions, calculer les constantes d'équilibre et concevoir des procédés chimiques. Elle est également utilisée en biologie pour comprendre le métabolisme. L'hydrolyse de l'ATP présente un ΔG négatif, ce qui explique son rôle moteur dans le travail cellulaire. La bioénergétique repose sur le concept d'énergie libre de Gibbs.