אנרגיה חופשית של גיבס

האנרגיה החופשית של גיבס היא מידת העבודה "החופשית" שניתן להפיק ממערכת סגורה כאשר הלחץ והטמפרטורה קבועים. תחת אילוצים אלו, היא מגיעה למינימום כאשר המערכת בשווי משקל. האנרגיה החופשית של גיבס היא אם-כן הפוטנציאל התרמודינמי שהמשתנים הטבעיים שלו הם הטמפרטורה והלחץ. מכיוון שבתגובות כימיות הטמפרטורה והלחץ הם בדרך כלל המשתנים הנשלטים, יש לאנרגיה החופשית של גיבס חשיבות רבה בקביעת הכיוון המועדף של התגובה.

האנרגיה החופשית של גיבס מסומנת באות $\ G$, ונקראת על שם המדען האמריקני ג'וזאיה וילרד גיבס. היא מוגדרת כ:

$\ G=H-TS=U-TS+PV$

כאשר

• $\ U$ היא האנרגיה הפנימית של המערכת
• $\ T$ היא הטמפרטורה
• $\ S$ היא האנטרופיה
• $\ P$ היא הלחץ
• $\ V$ היא הנפח
• $\ H$ היא האנתלפיה

האנרגיה החופשית של גיבס היא בעלת חשיבות רבה לצורך אפיון של מערכת. היא גורם בקביעת המתח של תא אלקטרוכימי וקבוע שיווי משקל לתהליכים הפיכים. היא גם ידועה בשמות שונים כגון פונקציית האנרגיה של גיבס, אנרגיה חופשית, אנתלפיה חופשית ופוטנציאל תרמודינמי בלחץ קבוע.

האנרגיה החופשית של גיבס היא הפוטנציאל התרמודינמי שמתקבל כאשר מבצעים טרנספורם לז'אנדר על האנרגיה הפנימית כך שהטמפרטורה והלחץ הופכים למשתנים הנשלטים במקום האנטרופיה והנפח. הדיפרנציאל (בתהליכים הפיכים) של האנרגיה החופשית של גיבס מתקבל מהדיפרנציאל של האנרגיה הפנימית:

$\ dG=dU-d(ST)+d(PV)=-SdT+VdP+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}$.