ギブズ自由エネルギー（）は、熱力学や電気化学などで用いられる、等温等圧条件下で非膨張の仕事として取り出し可能なエネルギーを表す示量性状態量である。
解説 非膨張の仕事の例としては電池反応による電気的な仕事があり、ギブズ自由エネルギーの減少量は等温等圧条件下で系から取り出し可能な電気エネルギーを表す。なお、IUPACではギブズエネルギー（）という名称の使用を勧告しているIUPAC Gold Book。 通常は記号 で表される。これは、ヘルムホルツの自由エネルギーに関すると対応している。ウィラード・ギブズに由来する。
定義 エンタルピー 、熱力学温度 、エントロピー として、ギブズエネルギーはで定義されるChang『生命科学系のための物理化学』 pp.63-65。あるいは、ヘルムホルツエネルギー 、 圧力 、体積 を用いてで定義されることもある。内部エネルギーを とすると、エンタルピーの定義 、或いはヘルムホルツエネルギーの定義 よりが得られる。
完全な熱力学関数
熱力学温度 、圧力 、物質量 を変数にもつ関数として表されたギブズエネルギー は完全な熱力学関数である。このように見たとき、定義式は完全な熱力学関数としてのエンタルピー の に関するルジャンドル変換と見ることができる。 ヘルムホルツエネルギーを用いた定義では、 に関するルジャンドル変換と見ることができる。
ギブズエネルギー の各変数による偏微分は
で与えられる。 ここで は成分 の化学ポテンシャルを表す。 従ってギブズエネルギー の全微分はとなる。この式は化学熱力学の基本方程式と呼ばれることがある。
系のスケール変換を考えると、の関係が得られる。
等温等圧過程
温度 、圧力 の環境にある系の状態変化を考える。 等温条件下では定義からが導かれる。 また、熱力学第二法則からであるが、非膨張仕事(電気的な仕事、表面張力による仕事)がない等圧条件下では系が得た熱がエンタルピーの変化と等しいのでとなる。これらを合わせると、非膨張仕事がないときには、等温等圧条件からが得られる。 等温等圧の条件下では、非膨張仕事がなければ自発変化はギブズエネルギーが減少する方向へ進む。また熱力学的平衡条件はギブズエネルギーが極小値をとることである。
平衡定数との関係
定圧定温条件での化学反応における標準反応ギブズエネルギーは標準反応エンタルピーおよび標準反応エントロピーと以下の関係がある。標準反応ギブズエネルギーと平衡定数Kとの間には以下のような関係がある。ここで R は気体定数である。
標準環境温度（25 ℃ = 298.15 K）においては以下のようになる。
また標準電極電位との関係は以下の通りである。ここで n は電池反応の半反応式における電子の化学量論係数、 F はファラデー定数である。電池ではギブズエネルギー変化が負の値を取る向きに起電力が発生する。
脚注
参考文献
関連項目 自由エネルギー ヘルムホルツの自由エネルギー 化学ポテンシャル エクセルギー
外部リンク