गिब्स मुक्त ऊर्जा

उष्मागतिकी में, गिब्स मुक्त ऊर्जा (या गिब्स ऊर्जा, प्रतीक $$G$$) ऊष्मागतिक विभव जिसका उपयोग अधिकतम तापमान और दबाव पर ऊष्मागतिक रूप से संवृत तंत्र द्वारा किए जा सकने वाले कार्य (भौतिकी) की अधिकतम मात्रा की गणना करने के लिए किया जा सकता है। यह इन परिस्थितियों में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया जैसी प्रक्रियाओं के लिए एक आवश्यक शर्त भी प्रदान करता है।

गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन ($\Delta G = \Delta H - T \Delta S$, इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली में जूल में मापा जाता है) गैर-विस्तार कार्य की अधिकतम मात्रा है जिसे संवृत तंत्र से (वह जो ऊष्मा का आदान-प्रदान कर सकता है और अपने परिवेश के साथ काम कर सकता है, लेकिन कोई फर्क नहीं पड़ता) निश्चित तापमान और दबाव पर निकाला जा सकता है। यह अधिकतम पूरी तरह से प्रतिवर्ती प्रक्रिया (ऊष्मप्रवैगिकी) में ही प्राप्त किया जा सकता है। जब कोई प्रणाली इन परिस्थितियों में प्रारंभिक अवस्था से अंतिम अवस्था में उलटी रूप से रूपांतरित होती है, तो गिब्स मुक्त ऊर्जा में कमी प्रणाली द्वारा उसके परिवेश में किए गए कार्य, दबाव बलों के काम को घटाएं के बराबर होती है।

गिब्स ऊर्जा ऊष्मागतिक विभव है जिसे कम से कम किया जाता है जब एक प्रणाली निरंतर दबाव और तापमान पर रासायनिक संतुलन तक पहुंच जाता है जब लागू विद्युत् अपघटनी वोल्टेज द्वारा संचालित नहीं होता है। प्रणाली के प्रतिक्रिया समन्वय के संबंध में इसका व्युत्पन्न तब संतुलन बिंदु पर गायब हो जाता है। जैसे, इन परिस्थितियों में प्रतिक्रिया के सहज होने के लिए $$G$$ में कमी आवश्यक है।

गिब्स मुक्त ऊर्जा की अवधारणा, जिसे मूल रूप से उपलब्ध ऊर्जा कहा जाता है, को 1870 के दशक में अमेरिकी वैज्ञानिक योशिय्याह विलार्ड गिब्स विकसित किया गया था। 1873 में, गिब्स ने इस "उपलब्ध ऊर्जा" के रूप में वर्णित किया है। "यांत्रिक कार्य की सबसे बड़ी मात्रा जो किसी दिए गए प्रारंभिक अवस्था में किसी निश्चित पदार्थ की दी गई मात्रा से प्राप्त की जा सकती है, इसकी कुल मात्रा को बढ़ाए बिना या बाहरी निकायों से या गर्मी को पारित करने की इजाजत नहीं दी जाती है, जैसे कि प्रक्रियाओं के अंत में प्रारंभिक अवस्था में छोड़ दिया।"

गिब्स के अनुसार, तत्व की प्रारंभिक अवस्था ऐसी मानी जाती है कि " तत्व को इससे उत्क्रमणीय प्रक्रियाओं द्वारा क्षयित ऊर्जा की अवस्थाओं में जाने के लिए बनाया जा सकता है"। अपने 1876 के महान कृति में विषम पदार्थों के संतुलन पर, बहु-चरण रासायनिक प्रणालियों का चित्रमय विश्लेषण, उन्होंने रासायनिक-मुक्त ऊर्जा पर अपने विचारों को पूर्ण रूप से सम्मिलित किया।

यदि अभिकारक और उत्पाद सभी अपनी उष्मागतिकी मानक अवस्थाओं में हैं, तो परिभाषित समीकरण को $\Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T \Delta S^\circ$ के रूप में लिखा जाता है।,जहां $$H$$ पूर्ण ऊष्माहै, $$T$$ ऊष्मागतिक तापमान है, और $$S$$ एन्ट्रापी है।

अवलोकन
ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम के अनुसार, गैर-दबाव मात्रा (PV) कार्य (ऊष्मप्रवैगिकी) के निविष्ट के बिना निश्चित तापमान और दबाव पर प्रतिक्रिया करने वाली प्रणालियों के लिए, न्यूनतम गिब्स मुक्त ऊर्जा प्राप्त करने की सामान्य प्राकृतिक प्रवृत्ति होती है।

इन शर्तों के तहत दी गई प्रतिक्रिया की अनुकूलता का मात्रात्मक उपाय गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन ΔG (कभी-कभी "डेल्टा G" या "dG" लिखा जाता है) जो प्रतिक्रिया के कारण होता है या होगा)। निरंतर तापमान और दबाव पर होने वाली प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक शर्त के रूप में, ΔG गैर-दबाव-मात्रा (गैर-पीवी, जैसे विद्युत) कार्य से छोटा होना चाहिए, जो अक्सर शून्य के बराबर होता है (तब ΔG प्रतिकूल होना चाहिए)। G प्रतिवर्ती प्रक्रिया के मामले में रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप किए जा सकने वाले गैर-पीवी कार्य की अधिकतम मात्रा के बराबर होता है। यदि विश्लेषण प्रतिक्रिया के लिए धनात्मक ΔG इंगित करता है, तो ऊर्जा - विद्युत या अन्य गैर-पीवी कार्य के रूप में - को गैर-पीवी कार्य से छोटा होने के लिए ΔG के लिए प्रतिक्रिया प्रणाली में जोड़ा जाना होगा और इसे होने वाली प्रतिक्रिया संभव बनाना होगा ।

∆G को निरंतर तापमान और दबाव पर गैर-PV कार्य करने के लिए उपलब्ध "मुक्त" या "उपयोगी" ऊर्जा की मात्रा के रूप में सोच सकते हैं। समीकरण को उसके परिवेश (बाकी ब्रह्मांड) के साथ मिलकर प्रणाली के दृष्टिकोण से भी देखा जा सकता है। सबसे पहले, कोई यह मानता है कि स्थिर तापमान और दबाव पर दी गई प्रतिक्रिया केवल वही होती है जो हो रही है। फिर प्रणाली द्वारा जारी या अवशोषित एन्ट्रापी उस एन्ट्रापी के बराबर होती है जिसे पर्यावरण को क्रमशः अवशोषित या छोड़ना चाहिए। प्रतिक्रिया की अनुमति तभी दी जाएगी जब ब्रह्मांड का कुल एन्ट्रापी परिवर्तन शून्य या धनात्मक हो। यह प्रतिकूल ΔG में परिलक्षित होता है, और प्रतिक्रिया को बाहरी प्रक्रिया कहा जाता है।

यदि दो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को युग्मित किया जाता है, तो अन्यथा ऊर्जाशोषी प्रतिक्रिया (धनात्मक ΔG के साथ) हो सकती है। स्वाभाविक रूप से ऊर्जाशोषी प्रतिक्रिया में ऊष्मा का निविष्ट, जैसे कि साइक्लोहेक्सानॉल का साइक्लोहेक्सिन का उन्मूलन प्रतिक्रिया, प्रतिकूल प्रतिक्रिया (उन्मूलन) को अनुकूल (कोयले के जलने या ऊष्मा के अन्य प्रावधान) के रूप में देखा जा सकता है, जैसे कि कुल एन्ट्रापी परिवर्तन ब्रह्मांड का शून्य से अधिक या उसके बराबर है, जिससे युग्मित प्रतिक्रियाओं का कुल गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन प्रतिकूल हो जाता है।

पारंपरिक प्रयोग में, "मुक्त" शब्द को "गिब्स मुक्त ऊर्जा" में सम्मिलित किया गया था जिसका अर्थ है "उपयोगी कार्य के रूप में उपलब्ध" है। यदि हम इस योग्यता को जोड़ दें कि यह गैर-दबाव-आयतन कार्य के लिए उपलब्ध ऊर्जा है, तो लक्षण वर्णन अधिक सटीक हो जाता है। (निरंतर तापमान पर प्रणाली के लिए समान, लेकिन थोड़ा अलग, "मुक्त" का अर्थ हेल्महोल्ट्ज़ मुक्त ऊर्जा के संयोजन के साथ लागू होता है)। हालांकि, पुस्तकों और शोध – पत्रिकाओं के लेख की बढ़ती संख्या में संलग्नक "मुक्त" सम्मिलित नहीं है, G को केवल "गिब्स एनर्जी" के रूप में संदर्भित करते हुए। यह अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक समुदाय के लिए एकीकृत शब्दावली निर्धारित करने के लिए 1988 की आईयूपीएसी बैठक का परिणाम है, जिसमें विशेषण "मुक्त" को हटाने की सिफारिश की गई थी। हालाँकि, यह मानक अभी तक सार्वभौमिक रूप से अपनाया नहीं गया है।

अतीत में G के लिए मुक्त पूर्ण ऊष्मा नाम का भी प्रयोग किया जाता था।

इतिहास
"मुक्त ऊर्जा" नामक मात्रा पुराने शब्द आत्मीयता के लिए अधिक उन्नत और सटीक प्रतिस्थापन है, जिसका उपयोग रसायनज्ञों द्वारा भौतिक रसायन विज्ञान के पहले वर्षों में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कारण बल का वर्णन करने के लिए किया गया था।

1873 में, योशिय्याह विलार्ड गिब्स ने सतहों के माध्यम से पदार्थों के ऊष्मागतिक गुणों के ज्यामितीय प्रतिनिधित्व की एक विधि प्रकाशित की, जिसमें उन्होंने अपने नए समीकरण के सिद्धांतों को रेखाचित्र किया जो कि विभिन्न प्राकृतिक प्रक्रियाओं की प्रवृत्तियों का अनुमान लगाने या अनुमान लगाने में सक्षम थे जब तत्व या प्रणाली को संपर्क में लाया जाता है। संपर्क में सजातीय पदार्थों की परस्पर क्रिया का अध्ययन करके, अर्थात, भाग ठोस, भाग तरल और भाग वाष्प से बने पिंड, और त्रि-आयामी आयतन-एन्ट्रॉपी- आंतरिक ऊर्जा ग्राफ का उपयोग करके, गिब्स संतुलन के तीन अवस्था को निर्धारित करने में सक्षम था, यानी, "आवश्यक रूप से स्थिर", "तटस्थ", और "अस्थिर", और परिवर्तन होंगे या नहीं। इसके अलावा, गिब्स ने कहा:

"यदि हम एक समीकरण में किसी पदार्थ के लिएउष्मागतिक साम्यकी आवश्यक और पर्याप्त स्थिति को व्यक्त करना चाहते हैं, जब वह निरंतर दबाव p और तापमान T,के माध्यम से घिरा हो, तो यह समीकरण लिखा जा सकता है:

जब शरीर के कुछ हिस्सों की उष्मागतिक अवस्था में किसी भी भिन्नता से उत्पन्न भिन्नता को संदर्भित करता है, और (जब शरीर के विभिन्न भाग अलग-अलग अवस्थाओं में होते हैं) उस अनुपात में जिसमें शरीर विभिन्न अवस्थाओं के बीच विभाजित होता है। स्थिर संतुलन की शर्त यह है कि कोष्ठक में व्यंजक का मान न्यूनतम होना चाहिए।"

इस विवरण में, जैसा कि गिब्स द्वारा प्रयोग किया जाता है, ε तत्व की आंतरिक ऊर्जा को संदर्भित करता है, η तत्व की एन्ट्रॉपी को संदर्भित करता है, और ν  तत्व का आयतन है ...

इसके बाद, 1882 में, जर्मन वैज्ञानिक हरमन वॉन हेल्महोल्ट्ज़ ने आत्मीयता को काम की सबसे बड़ी मात्रा के रूप में वर्णित किया, जिसे तब प्राप्त किया जा सकता है जब प्रतिक्रिया प्रतिवर्ती तरीके से की जाती है, जैसे, प्रतिवर्ती सेल में विद्युत कार्य। इस प्रकार अधिकतम कार्य को प्रणाली की मुक्त, या उपलब्ध ऊर्जा का न्यूनीकरण माना जाता है (गिब्स मुक्त ऊर्जा G पर T = स्थिर, P = स्थिर या हेल्महोल्ट्ज़ मुक्त ऊर्जा F पर T = स्थिर, V = स्थिर), जबकि दी गई ऊष्मा आमतौर पर प्रणाली की कुल ऊर्जा (आंतरिक ऊर्जा) के न्यूनीकरण का उपाय है। इस प्रकार, G या F दी गई शर्तों के तहत काम के लिए "मुक्त" ऊर्जा की मात्रा है।

इस बिंदु तक, सामान्य दृष्टिकोण ऐसा था कि: "सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रणाली को संतुलन की स्थिति में ले जाती हैं जिसमें प्रतिक्रियाओं की समानताएं गायब हो जाती हैं"। अगले 60 वर्षों में, आत्मीयता शब्द को मुक्त ऊर्जा शब्द से बदल दिया गया। रसायन शास्त्र के इतिहासकार हेनरी लीसेस्टर के अनुसार, 1923 की प्रभावशाली पाठ्यपुस्तक उष्मागतिकी और रासायनिक पदार्थों की मुक्त ऊर्जा गिल्बर्ट एन लुईस और मेरले रान्डेल ने अंग्रेजी के अधिकांश हिस्सों में "एफिनिटी" शब्द को " मुक्त एनर्जी" शब्द से बोलने की दुनिया बदल दिया।।

परिभाषाएं
गिब्स मुक्त ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया गया है $$G(p,T) = U + pV - TS,$$जो समान है $$G(p,T) = H - TS,$$

जहाँ पे:
 * U आंतरिक ऊर्जा है (एसआई इकाई: जूल),
 * p दबाव है (एसआई इकाई: पास्कल (इकाई) ),
 * V आयतन (ऊष्मप्रवैगिकी) है (SI इकाई: m3),
 * T तापमान है (एसआई इकाई: केल्विन ),
 * S एन्ट्रापी है (एसआई इकाई: जूल प्रति केल्विन),
 * H पूर्ण ऊष्मा (SI मात्रक: जूल) है।

इसकी ऊष्मागतिक विभव के कार्य के रूप में गिब्स मुक्त ऊर्जा में असीम प्रतिवर्ती परिवर्तन के लिए अभिव्यक्ति प्राकृतिक चर ऊष्मागतिक प्रणाली के लिए प्राकृतिक चर p और T  अनावृत तंत्र, बाहरी बलों के संचालन के अधीन (उदाहरण के लिए, विद्युत या चुंबकीय) Xi, जो प्रणाली के बाहरी मापदंडों का कारण बनता है ai  मात्रा से बदलने के लिए dai, प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं के लिए पहले कानून से निम्नानुसार प्राप्त किया जा सकता है:

$$\begin{align} T\,\mathrm{d}S &= \mathrm{d}U + p\,\mathrm{d}V - \sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i + \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots \\ \mathrm{d}(TS) - S\,\mathrm{d}T &= \mathrm{d}U + \mathrm{d}(pV) - V\,\mathrm{d}p - \sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i + \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots \\ \mathrm{d}(U - TS + pV) &= V\,\mathrm{d}p - S\,\mathrm{d}T + \sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i - \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots \\ \mathrm{d}G &= V\,\mathrm{d}p - S\,\mathrm{d}T + \sum_{i=1}^k \mu_i \,\mathrm{d}N_i - \sum_{i=1}^n X_i \,\mathrm{d}a_i + \cdots \end{align}$$ जहाँ पे:
 * μi i-वें रासायनिक प्रजातियों की रासायनिक क्षमता है। (एसआई इकाई: जूल प्रति कण या जूल प्रति मोल
 * Ni i-वें रासायनिक घटक की रचना करने वाली कण संख्या (या मोल्स की संख्या) है।

यह 'गिब्स मौलिक समीकरण' का एक रूप है। अतिसूक्ष्म व्यंजक में, रासायनिक क्षमता वाले शब्द में गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन के लिए सम्मिलित है, जो कणों के प्रवाह या बहिर्वाह से उत्पन्न होता है। दूसरे शब्दों में, यह अनावृत तंत्र (प्रणाली सिद्धांत) या संवृत तंत्र के लिए, रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करने वाली प्रणाली के लिए है जहां Ni बदल रहे हैं। बंद, गैर-प्रतिक्रियाशील प्रणाली के लिए, इस शब्द को हटाया जा सकता है।

विचार की जा रही विशेष प्रणाली के आधार पर, कितनी भी अतिरिक्त शर्तें जोड़ी जा सकती हैं। यांत्रिक कार्य के अलावा, प्रणाली, इसके अतिरिक्त, कई अन्य प्रकार के कार्य भी कर सकती है। उदाहरण के लिए, अतिसूक्ष्म व्यंजक में, ऊष्मागतिक प्रणाली से जुड़ी सिकुड़ी कार्य ऊर्जा जो एक सिकुड़ा हुआ फाइबर है जो एक बल f के तहत मात्रा -dl से छोटा होता है, जिसके परिणामस्वरूप पद f dl जोड़ा जाएगा। यदि विद्युत क्षमता पर प्रणाली द्वारा चार्ज −de की मात्रा का अधिग्रहण किया जाता है, तो इससे जुड़ा विद्युत कार्य −Ψ de होता है, जिसे अतिसूक्ष्म व्यंजक में सम्मिलित किया जाएगा। अन्य कार्य शर्तें प्रति प्रणाली आवश्यकताओं पर जोड़ी जाती हैं।

उपरोक्त समीकरणों में प्रत्येक मात्रा को मोलर गिब्स मुक्त ऊर्जा बनाने के लिए मोल (इकाई) में मापा गया पदार्थ की मात्रा से विभाजित किया जा सकता है। गिब्स मुक्त ऊर्जा प्रणाली के लक्षण वर्णन के लिए सबसे महत्वपूर्ण ऊष्मागतिक कार्यों में से एक है। यह विद्युत रासायनिक सेल के वोल्टेज और प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक जैसे परिणामों को निर्धारित करने का कारक है। इज़ोटेर्मल, आइसोबैरिक प्रणाली में, गिब्स मुक्त ऊर्जा को गतिशील मात्रा के रूप में माना जा सकता है, जिसमें यह ऊष्मा के प्रतिस्पर्धात्मक प्रभावों का प्रतिनिधि उपाय है। और एंट्रोपिक ड्राइविंग बल ऊष्मागतिक प्रक्रिया में सम्मिलित होते हैं।

आदर्श गैस के लिए गिब्स ऊर्जा की तापमान निर्भरता गिब्स-हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण द्वारा दी जाती है, और इसकी दबाव निर्भरता द्वारा दी जाती है $$\frac{G}{N} = \frac{G^\circ}{N} + kT\ln \frac{p}{p^\circ}.$$ या अधिक आसानी से इसकी रासायनिक क्षमता के रूप में: $$\frac{G}{N} = \mu = \mu^\circ + kT\ln \frac{p}{p^\circ}.$$ गैर-आदर्श प्रणालियों में, पलायनता काम आता है।

व्युत्पत्ति
ऊष्मागतिक विभव के संबंध में गिब्स मुक्त ऊर्जा कुल अंतर (टोटल  डिफरेंशियल) प्राकृतिक चर आंतरिक ऊर्जा के लीजेंड्रे परिवर्तन द्वारा प्राप्त किए जा सकते हैं।
 * $$\mathrm{d}U = T\,\mathrm{d}S - p \,\mathrm{d}V + \sum_i \mu_i \,\mathrm{d} N_i.$$

ऊपर से G की परिभाषा है
 * $$G = U + p V - T S$$.

कुल अंतर लेते हुए, हमारे पास है
 * $$\mathrm{d}G = \mathrm{d}U + p\,\mathrm{d}V + V\,\mathrm{d}p - T\,\mathrm{d}S - S\,\mathrm{d}T.$$

dU को पहले कानून से परिणाम के साथ बदलना देता है :$$\begin{align} \mathrm{d}G &= T\,\mathrm{d}S - p\,\mathrm{d}V + \sum_i \mu_i \,\mathrm{d}N_i + p \,\mathrm{d}V + V\,\mathrm{d}p - T\,\mathrm{d}S - S\,\mathrm{d}T\\ &= V\,\mathrm{d}p - S\,\mathrm{d}T + \sum_i \mu_i \,\mathrm{d} N_i. \end{align}$$G G के प्राकृतिक चर तब p, T और {Ni} हैं

सजातीय प्रणाली
क्योंकि S, V, और Ni व्यापक चर हैं, यूलर संबंध dU के आसान एकीकरण की अनुमति देता है:
 * $$U = T S - p V + \sum_i \mu_i N_i.$$

क्योंकि G के कुछ प्राकृतिक चर गहन हैं, dG को यूलर संबंधों का उपयोग करके एकीकृत नहीं किया जा सकता है जैसा कि आंतरिक ऊर्जा के मामले में होता है। हालांकि, U के लिए उपरोक्त एकीकृत परिणाम को G की परिभाषा में प्रतिस्थापित करने से G के लिए मानक अभिव्यक्ति मिलती है: :

$$\begin{align} G &= U + p V - TS\\ &= \left(T S - p V + \sum_i \mu_i N_i \right) + p V - T S\\ &= \sum_i \mu_i N_i. \end{align}$$

इस परिणाम से पता चलता है कि किसी पदार्थ की रासायनिक क्षमता $$i$$ इसकी (आंशिक) मोल (एकुल) अर गिब्स मुक्त ऊर्जा है। यह सजातीय, असूक्ष्म प्रणाली पर लागू होता है, लेकिन सभी ऊष्मागतिक प्रणाली पर नहीं।

प्रतिक्रिया की गिब्स मुक्त ऊर्जा
विचाराधीन प्रणाली को स्थिर तापमान और दबाव पर रखा जाता है, और बंद कर दिया जाता है (कोई भी पदार्थ अंदर या बाहर नहीं आ सकता है)। किसी भी निकाय की गिब्स ऊर्जा होती है $G=U+pV-TS$ और निरंतर तापमान और दबाव पर G में असीम परिवर्तन, उत्पन्न करता है।


 * $$dG=dU+pdV-TdS$$.

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के अनुसार, आंतरिक ऊर्जा U में परिवर्तन द्वारा दिया जाता है


 * $$dU=\delta Q+\delta W$$

जहाँ पे, $δQ$ ऊर्जा को ऊष्मा के रूप में जोड़ा जाता है, और $δW$ काम के रूप में जोड़ा गया ऊर्जा है। प्रणाली पर किए गए कार्य को इस प्रकार लिखा जा सकता है: $δW = −pdV + δW_{x}$, जहाँ पे, $−pdV$ संपीड़न/विस्तार का यांत्रिक कार्य प्रणाली पर या उसके द्वारा किया जाता है और $δW_{x}$ काम के अन्य सभी रूप हैं, जिसमें विद्युत, चुंबकीय आदि सम्मिलित हो सकते हैं। तब


 * $$dU=\delta Q-pdV+\delta W_x$$

और G में अतिसूक्ष्म परिवर्तन है


 * $$dG=\delta Q-TdS+\delta W_x$$.

ऊष्मप्रवैगिकी का दूसरा नियम कहता है कि स्थिर तापमान पर ( ऊष्मा स्नान में) संवृत तंत्र के लिए, $TdS \ge \delta Q$, और इसलिए यह इस प्रकार है


 * $$dG \le \delta W_x$$

यह मानते हुए कि केवल यांत्रिक कार्य किया जाता है, यह सरल करता है


 * $$dG \le 0$$

इसका मतलब यह है कि ऐसी प्रणाली के लिए जब संतुलन में नहीं है, तो गिब्स ऊर्जा हमेशा घटती रहेगी, और संतुलन में, अनंत परिवर्तन dG शून्य होगा। विशेष रूप से, यह सच होगा यदि प्रणाली संतुलन के रास्ते पर किसी भी आंतरिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं का अनुभव कर रहा है।

विद्युत रासायनिक ऊष्मागतिकी में
जब विद्युत आवेश dQele विद्युत प्रभावन बल उत्पन्न करने वाले वैद्युतरासायनिक सेल के इलेक्ट्रोड के बीच पारित किया जाता है emf$$\mathcal{E}$$, गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन के लिए व्यंजक में विद्युत कार्य शब्द प्रकट होता है: $$dG = -SdT + Vdp + \mathcal{E} dQ_{ele}, $$ जहां S एन्ट्रॉपी है, V प्रणाली आयतन है, p इसका दबाव है और T इसका पूर्ण तापमान है।

मेल ($$\mathcal{E}$$, Qele) संयुग्म चर (ऊष्मागतिकी) का उदाहरण है। निरंतर दबाव पर उपरोक्त समीकरण मैक्सवेल संबंध उत्पन्न करता है जो तापमान T (मापनीय मात्रा) के साथ खुले सेल वोल्टेज में परिवर्तन को एन्ट्रॉपी S में परिवर्तन से जोड़ता है जब चार्ज को समतापी और  समदाबीय रूप से पारित किया जाता है। उत्तरार्द्ध विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया की प्रतिक्रिया एन्ट्रापी से निकटता से संबंधित है जो बैटरी को अपनी शक्ति देता है। यह मैक्सवेल संबंध है:
 * $$\left(\frac{\partial \mathcal{E}}{\partial T}\right)_{Q_{ele},p} = -\left( \frac{\partial S}{\partial Q_{ele}} \right)_{T,p}$$

यदि आयनों का मोल विलयन में जाता है (उदाहरण के लिए, डेनियल सेल में, जैसा कि नीचे चर्चा की गई है) बाहरी परिपथ के माध्यम से आवेश है


 * $$ \Delta Q_{ele} = -n_0 F_0 \,, $$

जहां n0 इलेक्ट्रॉनों/आयन की संख्या है, और F0 फैराडे स्थिरांक है और ऋण चिह्न सेल के निर्वहन को इंगित करता है। निरंतर दबाव और आयतन मानते हुए, सेल के ऊष्मागतिक गुण इसके ईएमएफ के व्यवहार से कड़ाई से संबंधित हैं


 * $$\Delta H = -n_0 F_0 \left( \mathcal{E} - T \frac {d\mathcal{E}}{dT}\right), $$

जहाँ ΔH अभिक्रिया की मानक पूर्ण ऊष्मा है। दाईं ओर की मात्राएँ सभी सीधे मापने योग्य हैं।

नर्नस्ट समीकरण प्राप्त करने के लिए उपयोगी सर्वसमिकाएं
निरंतर तापमान और दबाव पर प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान, गिब्स मुक्त ऊर्जा धारण करने वाले निम्नलिखित समीकरण: और पुनर्व्यवस्थित करता है $$\begin{align} nF\mathcal{E}^\circ &= RT \ln K_\text{eq}, \\ nF\mathcal{E} &= nF\mathcal{E}^\circ - R T \ln Q_\text{r}, \\ \mathcal{E} &= \mathcal{E}^\circ - \frac{R T}{n F} \ln Q_\text{r}, \end{align}$$ जो उस प्रतिक्रिया के लिए संतुलन स्थिरांक और प्रतिक्रिया भागफल की प्रतिक्रिया से उत्पन्न सेल क्षमता से संबंधित है (नर्नस्ट समीकरण),
 * $$\Delta_\text{r} G = \Delta_\text{r} G^\circ + R T \ln Q_\text{r}$$ (रासायनिक संतुलन देखें),
 * $$\Delta_\text{r} G^\circ = -R T \ln K_\text{eq}$$ (रासायनिक संतुलन पर एक प्रणाली के लिए),
 * $$\Delta_\text{r} G = w_\text{elec,rev} = -nF\mathcal{E}$$ (निरंतर तापमान और दबाव पर प्रतिवर्ती विद्युत रासायनिक प्रक्रिया के लिए),
 * $$\Delta_\text{r} G^\circ = -nF\mathcal{E}^\circ$$ (की परिभाषा $$\mathcal{E}^\circ$$),

जहाँ पे
 * $Δ_{r}G$, प्रतिक्रिया के प्रति मोल गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन,
 * $Δ_{r}G°$, मानक परिस्थितियों में अमिश्रित अभिकारकों और उत्पादों के लिए प्रतिक्रिया के प्रति मोल गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन (अर्थात 298K, 100 kPa, 1M प्रत्येक अभिकारक और उत्पाद),
 * $R$, गैस स्थिरांक ,
 * $T$, निरपेक्ष तापमान,
 * $ln$, प्राकृतिक लघुगणक ,
 * $Q_{r}$, प्रतिक्रिया भागफल (इकाई रहित),
 * $K_{eq}$, संतुलन स्थिरांक (इकाई रहित),
 * $w_{elec,rev}$, कार्य (विद्युत) प्रतिवर्ती प्रक्रिया में (रसायन विज्ञान हस्ताक्षर सम्मेलन),
 * $n$, प्रतिक्रिया में स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों के मोल (इकाई) की संख्या,
 * $F = NAe ≈ 96485C/mol$, फैराडे स्थिरांक (इलेक्ट्रॉनों के प्रति मोल (इकाई) आवेश),
 * $$\mathcal{E}$$, इलेक्ट्रोड क्षमता ,
 * $$\mathcal{E}^\circ$$, मानक इलेक्ट्रोड क्षमता ।

इसके अलावा, हमारे पास भी है $$\begin{align} K_\text{eq} &= e^{-\frac{\Delta_\text{r} G^\circ}{RT}}, \\ \Delta_\text{r} G^\circ &= -RT\left(\ln K_\text{eq}\right) = -2.303\,RT\left(\log_{10} K_\text{eq}\right), \end{align}$$ जो गिब्स मुक्त ऊर्जा के साथ संतुलन स्थिरांक से संबंधित है। इसका तात्पर्य है कि संतुलन पर $$Q_\text{r} = K_\text{eq}$$ तथा $$\Delta_\text{r} G = 0.$$

मानक गिब्स ऊर्जा गठन का परिवर्तन
यौगिक के निर्माण की मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा गिब्स मुक्त ऊर्जा का परिवर्तन है जो उस पदार्थ के 1 मोल (इकाई) के गठन के साथ उसके घटक तत्वों से, उनकी मानक अवस्थाओं में (तत्व का सबसे स्थिर रूप 25 °C और 100 किलोपास्कल पर होता है) इसका प्रतीक ΔfG˚ है।

उनके मानक अवस्था (द्विपरमाणु ऑक्सीजन गैस, ग्रेफाइट, आदि) में सभी तत्वों में शून्य के बराबर गठन का मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन होता है, क्योंकि इसमें कोई परिवर्तन सम्मिलित नहीं होता है।
 * ΔfG = ΔfG˚ + RT ln Qf,

जहां Qf प्रतिक्रिया भागफल है।

संतुलन पर, ΔfG = 0, और Qf = K, तो समीकरण बन जाता है
 * ΔfG˚ = −RT ln K,

जहां K तत्वों से उनकी मानक अवस्थाओं में पदार्थ के बनने की प्रतिक्रिया का संतुलन स्थिरांक है।

गिब्स द्वारा चित्रमय व्याख्या
गिब्स मुक्त ऊर्जा को मूल रूप से सुस्पष्ट रूप से परिभाषित किया गया था। 1873 में, अमेरिकी वैज्ञानिक विलार्ड गिब्स ने अपना पहला उष्मागतिकी पेपर, ग्राफिकल मेथड्स इन द उष्मागतिकी ऑफ फ्लूड्स प्रकाशित किया, जिसमें गिब्स ने तत्व की स्थिति का प्रतिनिधित्व करने के लिए एन्ट्रापी और आयतन के दो निर्देशांक का उपयोग किया। अपने दूसरे अनुवर्ती पत्र में, ए मेथड ऑफ़ जियोमेट्रिकल रिप्रेजेंटेशन ऑफ़ द ऊष्मागतिक प्रॉपर्टीज़ ऑफ़ सब्सटेंसेस ऑफ़ मीन्स ऑफ़ सर्फेस, उस वर्ष बाद में प्रकाशित हुआ, गिब्स ने  तत्व की ऊर्जा के तीसरे समन्वय में जोड़ा, जो तीन आंकड़ों पर परिभाषित है। 1874 में, स्कॉटिश भौतिक विज्ञानी जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने गिब्स के आंकड़ों का उपयोग करके एक काल्पनिक पानी जैसे पदार्थ की 3डी ऊर्जा-एन्ट्रॉपी- आयतन मैक्सवेल की ऊष्मागतिक सतह बनाई। इस प्रकार, गिब्स मुक्त ऊर्जा की अवधारणा को समझने के लिए, गिब्स द्वारा उनकी आकृति 3 पर खंड AB के रूप में इसकी व्याख्या को समझने में मदद मिल सकती है, और जैसा कि मैक्सवेल ने अपनी मैक्सवेल की  ऊष्मागतिक सतह पर उस खंड को गढ़ा था।



यह भी देखें

 * जैव ऊर्जिकी
 * कैलफड (चरण आरेखों की गणना)
 * महत्वपूर्ण बिंदु (ऊष्मप्रवैगिकी)
 * इलेक्ट्रॉन समकक्ष
 * पूर्ण ऊष्मा-एन्ट्रापी मुआवजा
 * मुक्त एन्ट्रापी
 * गिब्स-हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण
 * भव्य क्षमता
 * गैर-यादृच्छिक दो-तरल मॉडल (एनटीआरएल मॉडल) - गिब्स ऊर्जा की अधिकता और मिश्रण गणना और गतिविधि गुणांक
 * स्पिनोडल - स्पिनोडल कर्व्स (हेसियन मैट्रिक्स)
 * मानक दाढ़ एन्ट्रापी
 * ऊष्मप्रवैगिकी मुक्त ऊर्जा
 * यूनिकैक मॉडल - गिब्स ऊर्जा अतिरिक्त और मिश्रण गणना और गतिविधि गुणांक

बाहरी संबंध

 * आईयूपीएसी definition (Gibbs energy)
 * Gibbs free energy calculator
 * Gibbs energy – Florida State University
 * Gibbs Free Energy – Eric Weissteins World of Physics
 * Entropy and Gibbs Free Energy – www.2ndlaw.oxy.edu
 * Gibbs Free Energy – Georgia State University
 * Gibbs Free Energy Java Applet – University of California, Berkeley
 * Using Gibbs Free Energy for prediction of chemical driven material ageing
 * Topological Analysis of the Gibbs Energy Function (Liquid-Liquid Equilibrium Correlation Data). Including a Thermodinamic Review and a Graphical User Interface (GUI) for Surfaces/Tie-lines/Hessian matrix analysis – University of Alicante (Reyes-Labarta et al. 2015–18)