17.6: 吉布斯免费能源
使用热力学的第二定律来确定一个过程是否是自发的，其中一个挑战是，它需要测量系统的熵变化 和 周围的熵变化。美国数学家约西亚·威拉德·吉布斯在十九世纪末才采用一种替代方法，涉及新的热力学特性，只定义了系统属性。这种新属性被称为吉布斯自由能量（G）（或只是 自由能量）， 它被定义为系统的熵和熵如下：
自由能量是一种状态函数，在恒定的温度和压力下，自由能量变化（ΔG）可以表现为：
回顾先前衍生的第二个法律表达式，可以理解本系统属性与过程自发性之间的关系：
第一条法律要求 qsurr = -qsys，在恒定压力下 qsys = ΔH，因此此表达式可能重写为：
将此方程的两面乘以+T 并重新排列可产生以下情况：
为了简单起见，可以省略子项"sys"，并且表达方式成为
将此方程与上一个免费能量变化方程进行比较，可以显示以下关系：
因此，自由能量变化是一个可靠的指标，一个过程的自发性，因为它直接关系到先前确定的自发性指标，Δ Suniv。
如果Δ Suniv<：0，Δ G>0和反应是非自发的。
如果Δ Suniv=0，Δ G=0，反应处于平衡状态。
本文改编自《开放，化学2e》，第16.4章：自由能量。
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