自由能與標準自由能
什麼是自由能？
一個熱力學系統所能做的功的量被稱為自由能。自由能可以用兩個術語來描述，亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能。在化學中，當我們用“自由能”這個詞時，意思是吉布斯自由能。在物理學中，自由能是指亥姆霍茲自由能。這兩個術語如下所述。
熱力學第二定律與熵有關，它說：“宇宙的熵在自發過程中增加。”熵與產生的熱量有關，也就是能量退化的程度。但是，事實上，由一定量的熱量q引起的額外無序程度取決於溫度。如果它已經很熱了，一點額外的熱量不會造成更多的混亂，但是如果溫度很低，同樣的熱量會導致無序的急劇增加。因此，寫，
ds=dq/T
要分析變化的方向，我們必須考慮系統和周圍環境的變化。下面的克勞修斯不等式說明了當熱能在系統和周圍環境之間傳遞時會發生什麼。（考慮系統在溫度T下與周圍環境處於熱平衡狀態）
dS–dq/T≥0…………（1）
如果加熱是在恆定的體積下進行的，我們可以把上面的方程（1）寫如下。這個方程僅用狀態函數表示自發反應發生的判據。
dS–dU/T≥0
這個方程可以重新排列得到下面的方程。
TdS≥dU（方程式2），因此，可以將其寫為
dU–TdS≤0
上述表達式可以通過使用術語Helmholtz energy，A來簡化，可以定義為，
A=U-TS
從上述方程中，我們可以導出一個自發反應的判據，即dA≤0。這說明，當dA≤0時，系統在恆定溫度和體積下的變化是自發的。所以當它對應於亥姆霍茲能量的減少時，變化是自發的。因此，這些系統以自發的方式運動，給出較低的值。
吉布斯自由能與恆壓下發生的變化有關。當熱能在恆壓下傳遞時，只有膨脹功；因此，我們將方程2修改為：。
TdS≥dH
該方程可重新排列，使dH TdS≤0。用吉布斯自由能G，這個方程可以寫成，
G=H-TS
在恆定的溫度和壓力下，化學反應是自發的，在降低吉布斯自由能的方向上。因此，dG≤0
什麼是標準自由能？
標準自由能是指標準條件下定義的自由能。標準條件為溫度298K；壓力，1 atm或101.3 kPa；以及1m濃度下的所有溶質。標準自由能表示為Go。
| 自由能和標準自由能有什麼區別？•在化學中，自由能指吉布斯自由能。它與恆壓下發生的變化有關。標準自由能是在標準條件下定義的自由能。•因此，標準自由能在298K溫度和1 atm壓力下給出，但自由能值會隨溫度和壓力而變化。 |
