Произойдет ли реакция сама по себе? На этот вопрос отвечает свободная энергия Гиббса. Она объединяет энтальпию и энтропию в единую величину, которая предсказывает самопроизвольность реакции. Уравнение выглядит так: ΔG = ΔH минус T ΔS. Если ΔG отрицательно, реакция самопроизвольна. Если оно положительно, реакция несамопроизвольна. Если оно равно нулю, система находится в равновесии. Свободная энергия Гиббса — это термодинамическая движущая сила.

Эта концепция была разработана Джозайей Уиллардом Гиббсом в 1870-х годах. Он показал, что при постоянной температуре и давлении направление спонтанных изменений направлено к более низкой свободной энергии. Свободная энергия — это энергия, доступная для совершения полезной работы. Часть полной энергии связана с энтропией и не может быть использована. Остальная часть является свободной.

Свободная энергия Гиббса объясняет многие наблюдения. Экзотермическая реакция с возрастающей энтропией всегда является самопроизвольной. Эндотермическая реакция с убывающей энтропией никогда не является самопроизвольной. Экзотермическая реакция с убывающей энтропией является самопроизвольной при низких температурах. Эндотермическая реакция с возрастающей энтропией является самопроизвольной при высоких температурах. Температурная зависимость обусловлена ​​членом T дельта S.

Свободная энергия Гиббса используется для прогнозирования осуществимости реакций, расчета констант равновесия и проектирования химических процессов. Она также применяется в биологии для понимания метаболизма. Гидролиз АТФ имеет отрицательное значение дельта G, поэтому он обеспечивает работу клеток. Биоэнергетика основана на концепции свободной энергии Гиббса.