W termodynamice energia swobodna Gibbsa jest również znana jako entalpia swobodna, która jest potencjałem termodynamicznym, który można wykorzystać do obliczenia maksymalnej pracy odwracalnej, jaką system termodynamiczny może wykonać przy stałej temperaturze i ciśnieniu (izotermiczna, izobaryczna).
Podobnie jak w mechanice, gdzie redukcja energii potencjalnej jest definiowana jako maksymalna praca, jaką można wykonać, różne potencjały mają różne znaczenia. Spadek energii swobodnej Gibbsa (dżule w jednostkach międzynarodowych) to maksymalna ilość pracy bez ekspansji, jaką można uzyskać z zamkniętego układu termodynamicznego; to maksimum można osiągnąć tylko w całkowicie odwracalnym procesie.
Gdy system zmienia się odwracalnie ze stanu początkowego do stanu końcowego, redukcja energii swobodnej Gibbsa równa się pracy wykonanej przez system w stosunku do otoczenia, zredukowanej przez działanie siły nacisku.
Energia swobodna Gibbsa jest oznaczona przez G i wyrażona w równaniu G = H - TS.
Równanie Gibbsa Helmholtza:
ΔG = ΔH - TΔS
To równanie jest bardzo przydatne w przewidywaniu spontaniczności procesu.
(i) Jeśli ∆G jest ujemne, proces jest spontaniczny
(ii) Jeśli ∆G jest dodatnia, proces nie jest spontaniczny
(iii) Jeśli równa się zero, proces jest w równowadze
(Przeczytaj także: Poznanie prawa Boyle'a)
Darmowa energia Gibbsa, pierwotnie nazywana energią dostępną, została opracowana w 1870 roku przez amerykańskiego naukowca Josiaha Willarda Gibbsa. W 1873 roku Gibbs opisał tę „dostępną energię” jako:
„Największa ilość pracy mechanicznej, jaką można uzyskać z substancji w określonej ilości w danym stanie początkowym, bez zwiększania ilości objętościowej lub umożliwiania dopływu ciepła do lub z zewnątrz obiektu, z wyjątkiem procesów zamykania pozostających w ich stan początkowy. "
Początkowy stan materii, zdaniem Gibbsa, powinien być taki, aby „można było zmusić obiekty do przejścia ze stanu uwolnienia energii w wyniku procesu odwracalnego”.
Energia swobodna i równowaga Gibbsa
ΔrGƟ = ΔrHƟ - TΔrSƟ = −2,303 RTlogK
Gdzie:
K jest stałą równowagi
R jest stałą gazową
T to temperatura
Dla silnych reakcji endotermicznych wartość ΔrHƟ jest duży i pozytywny. Dla tej wartości reakcja K będzie znacznie mniejsza niż 1, a reakcja utworzy produkt.
Dla silnych reakcji endotermicznych wartość ΔrHƟ jest duże i ujemne. Dla takiej reakcji wartość K byłaby większa niż 1.
