Zal een reactie vanzelf plaatsvinden? Dat is de vraag die de Gibbs-vrije energie beantwoordt. Het combineert enthalpie en entropie tot één grootheid die spontaniteit voorspelt. De vergelijking luidt ΔG = ΔH - TΔS. Als ΔG negatief is, is de reactie spontaan. Als het positief is, is de reactie niet-spontaan. Als het nul is, bevindt het systeem zich in evenwicht. De Gibbs-vrije energie is de thermodynamische drijvende kracht.

Het concept werd in de jaren 1870 ontwikkeld door Josiah Willard Gibbs. Hij toonde aan dat bij constante temperatuur en druk de richting van spontane verandering naar een lagere vrije energie gaat. Vrije energie is de energie die beschikbaar is om nuttig werk te verrichten. Een deel van de totale energie is vastgelegd in entropie en kan niet worden gebruikt. De rest is vrij.

De Gibbs-vrije energie verklaart veel waarnemingen. Een exotherme reactie met toenemende entropie is altijd spontaan. Een endotherme reactie met afnemende entropie is nooit spontaan. Een exotherme reactie met afnemende entropie is spontaan bij lage temperaturen. Een endotherme reactie met toenemende entropie is spontaan bij hoge temperaturen. De temperatuurafhankelijkheid komt voort uit de term TΔS.

De Gibbs-vrije energie wordt gebruikt om de haalbaarheid van reacties te voorspellen, evenwichtsconstanten te berekenen en chemische processen te ontwerpen. Ook in de biologie wordt het gebruikt om het metabolisme te begrijpen. ATP-hydrolyse heeft een negatieve delta G, waardoor het de drijvende kracht achter cellulaire processen is. Het vakgebied van de bio-energetica is gebaseerd op de Gibbs-vrije energie.