Uma reação ocorrerá espontaneamente? Esta é a questão a que a energia livre de Gibbs responde. Combina entalpia e entropia numa única grandeza que prevê a espontaneidade. A equação é ΔG = ΔH - TΔS. Se ΔG for negativo, a reação é espontânea. Se for positivo, a reação não é espontânea. Se for zero, o sistema está em equilíbrio. A energia livre de Gibbs é a força motriz termodinâmica.

O conceito foi desenvolvido por Josiah Willard Gibbs na década de 1870. Demonstrou que, a temperatura e pressão constantes, a direção da mudança espontânea é no sentido de níveis de menor energia livre. A energia livre é a energia disponível para realizar trabalho útil. Parte da energia total está retida na entropia e não pode ser utilizada. O restante é livre.

A energia livre de Gibbs explica muitas observações. Uma reação exotérmica com entropia crescente é sempre espontânea. Uma reação endotérmica com entropia decrescente nunca é espontânea. Uma reação exotérmica com entropia decrescente é espontânea a baixas temperaturas. Uma reação endotérmica com entropia crescente é espontânea a altas temperaturas. A dependência da temperatura provém do termo T ΔS.

A energia livre de Gibbs é utilizada para prever a viabilidade das reações, calcular constantes de equilíbrio e projetar processos químicos. Também é utilizada em biologia para compreender o metabolismo. A hidrólise do ATP tem um ΔG negativo, razão pela qual impulsiona o trabalho celular. O campo da bioenergética baseia-se na energia livre de Gibbs.