的吉布斯自由能（俗称为G）是定义为焓H的差的热力学势减去温度T，该系统的熵S的产品：
吉布斯自由能的度量单位为焦耳（根据国际制度），ergs（用于公制单位），卡路里或电子伏特（用于电子伏特）。
图1.图显示了吉布斯能量的定义及其与其他热力学势的关系。资料来源：nuclear-power.net。
在恒定压力和温度下发生的过程中，吉布斯自由能的变化为ΔG=ΔH-TΔS。在此类过程中，（G）表示系统中可用的可转换为功的能量。
例如，在放热化学反应中，焓降低，而熵增大。在吉布斯函数中，这两个因素被抵消，但是只有当吉布斯能量降低时，反应才会自发发生。
因此，如果G的变化为负，则该过程是自发的。当吉布斯函数达到最小值时，系统达到稳定的平衡状态。总之，在压力和温度保持恒定的过程中，我们可以确认：
-如果过程是自发的，则ΔG<0
-当系统处于平衡状态时：ΔG= 0
-在非自发过程中，G增加：ΔG> 0。
如何计算？
吉布斯自由能（G）使用开头给出的定义计算：
反过来，焓H是一个热力学势，定义为：
- 一步步
接下来，将进行逐步分析，以了解吉布斯能量是函数的自变量：
1-从热力学第一定律我们得出，对于可逆过程，通过微分关系，内部能量U与系统的熵S及其体积V有关：
从该方程式得出，内部能量U是变量S和V的函数：
2-从H的定义开始并取微分，我们得到：
3-用表达式（1）中获得的dU代替：
由此得出的结论是，焓H取决于熵S和压力P，即：
4-现在计算出吉布斯自由能的总差，得到：
其中dH被（3）中的表达式替换。
5-最后，当简化时，我们得到：dG = VdP-SdT，清楚地表明自由能G取决于压力和温度T，如：
-麦克斯韦的热力学关系
从上一节的分析中可以得出，系统的内部能量是熵和体积的函数：
那么U的微分将是：
从该偏导数表达式，可以得出所谓的麦克斯韦热力学关系。当函数依赖于多个变量时，偏导数适用，并且可以使用下一部分的定理轻松计算。
麦克斯韦的初恋
∂ V T- 小号 =-∂ 小号 P- V
为了达成这种关系，使用了偏导数的Clairaut-Schwarz定理，该定理指出：
麦克斯韦的第二恋情
根据上一节第3点显示的内容：
可以得到：
我们以吉布斯自由能G = G（P，T）和亥姆霍兹自由能F = F（T，V）进行相似的处理，以获得其他两个麦克斯韦热力学关系。
图2. Josiah Gibbs（1839-1903）是美国物理学家，化学家和数学家，对热力学做出了巨大贡献。资料来源：维基共享资源。
麦克斯韦的四个热力学关系
练习1
计算等温膨胀过程中温度为300K时2摩尔理想气体的吉布斯自由能的变化，该膨胀使系统从初始体积20升到最终体积40升。
解
回顾吉布斯自由能的定义，我们有：
那么F的有限变化将是：
适用于此练习的情况仍然存在：
然后我们可以得到亥姆霍兹能量的变化：
练习2
考虑到吉布斯自由能是温度和压力的函数G = G（T，P）; 确定在n摩尔单原子理想气体的温度不变（等温）的过程中G的变化。
解
如上所述，吉布斯能量的变化仅取决于温度T和体积V的变化，因此根据以下公式计算出其无穷小变化：
但是，如果这是一个温度恒定的过程，则dF = + VdP，因此，有限的压力变化ΔP会导致吉布斯能量的变化，公式为：
使用理想气体方程式：
在等温过程中，会发生以下情况：
那是：
因此，先前的结果可以写为体积ΔV的函数：
练习3
考虑以下化学反应：
在温度T = 298 K时N 2 0（g）+（3/2）O 2（g）↔️2NO 2（g）
求出吉布斯自由能的变化，并使用获得的结果指示其是否是自发过程。
解
步骤如下：
-第一步：反应焓
-第二步：反应熵变化
-第三步：吉布斯函数的变化
该值将确定能量减少和熵增加之间的平衡，以了解反应最终是否是自发的。
由于它是吉布斯能量的负变化，因此可以得出结论，它是在298 K = 25℃温度下的自发反应。
参考文献
- 栗子E.自由能运动。从以下网站恢复：lidiaconlaquimica.wordpress.com。
- Cengel，Y.，2012年。《热力学》。第7版。麦格劳·希尔。
- 自由文本。吉布斯自由能。从以下位置恢复：chem.libretexts.org
- 自由文本。什么是免费能源。从以下位置恢复：chem.libretexts.org
- 维基百科。吉布斯自由能。从以下位置恢复：es.wikipedia.com
- 维基百科。吉布斯自由能。从以下位置恢复：en.wikipedia.com