Helmholtz vrije energie

Vier grootheden, “thermodynamische potentialen” genoemd, zijn nuttig in de chemische thermodynamica van reacties en niet-cyclische processen. Het zijn de inwendige energie, de enthalpie, de Helmholtz-vrije energie en de Gibbs-vrije energie. De vrije energie van Gibbs G wordt gedefinieerd door

De inwendige energie U kan worden beschouwd als de energie die nodig is om een systeem tot stand te brengen bij afwezigheid van veranderingen in temperatuur of volume. Maar zoals besproken bij het definiëren van enthalpie, moet een extra hoeveelheid arbeid PV worden verricht als het systeem wordt gecreëerd uit een zeer klein volume, om “ruimte te scheppen” voor het systeem. Zoals besproken bij het definiëren van de Helmholtz-vrije energie, zal een omgeving bij constante temperatuur T een hoeveelheid TS aan het systeem bijdragen, waardoor de totale investering die nodig is om het systeem te creëren, wordt verminderd. Deze netto-energiebijdrage voor een systeem dat ontstaat in omgevingstemperatuur T uit een verwaarloosbaar initieel volume is de vrije energie van Gibbs.

De verandering in de vrije energie van Gibbs, ΔG, bij een reactie is een zeer nuttige parameter. Hij kan worden beschouwd als de maximale hoeveelheid werk die door een reactie kan worden verkregen. Bijvoorbeeld, bij de oxidatie van glucose is de verandering in Gibbs vrije energie ΔG = 686 kcal = 2870 kJ. Deze reactie is de belangrijkste energiereactie in levende cellen.