Todennäköisesti ensimmäiset koulussa opiskelemasi kemialliset reaktiot liikkuivat yhteen suuntaan; esimerkiksi ruokasoodaan kaadettu etikka "tulivuoren" tekemiseksi. Todellisuudessa useimmat reaktiot tulisi havainnollistaa kumpaankin suuntaan osoittavalla nuolella, mikä tarkoittaa, että reaktio voi mennä molempiin suuntiin. Järjestelmän Gibbsin vapaan energian selvittäminen tarjoaa tavan määrittää, onko yksi nuoli paljon suurempi kuin toinen; ts. meneekö reaktio melkein aina yhteen suuntaan vai ovatko molemmat lähellä samaa kokoa? Jälkimmäisessä tapauksessa reaktio menee yhtä todennäköisesti toiseen suuntaan. Kolme kriittistä tekijää laskettaessa Gibbsin vapaata energiaa ovat entalpia, entropia ja lämpötila.
Entalpia
Entalpia on mitta, kuinka paljon energiaa järjestelmässä on. Entalpian pääkomponentti on sisäinen energia tai molekyylien satunnaisesta liikkeestä tuleva energia. Entalpia ei ole molekyylisidosten potentiaalinen energia eikä liikkuvan järjestelmän kineettinen energia. Kiinteässä aineessa olevat molekyylit liikkuvat paljon vähemmän kuin kaasun molekyylit, joten kiinteällä aineella on vähemmän entalpiaa. Muut tekijät entalpian laskemisessa ovat järjestelmän paine ja tilavuus, jotka ovat tärkeimpiä kaasujärjestelmässä. Enthalphy muuttuu, kun työskentelet järjestelmässä tai jos lisäät tai vähennät lämpöä ja / tai ainetta.
Haje
Voit ajatella entropiaa järjestelmän lämpöenergian mittauksena tai järjestelmän häiriön mittana. Ajattele lasillista vettä, joka jäätyy, jotta näet, miten nämä kaksi liittyvät toisiinsa. Kun otat lämpöenergian pois vedestä, vapaasti ja satunnaisesti liikkuvat molekyylit lukkiutuvat kiinteään ja hyvin järjestettyyn jääkiteeseen. Tässä tapauksessa järjestelmän entropian muutos oli negatiivinen; siitä tuli vähemmän sekava. Universumin tasolla entropia kasvaa aina.
Suhde lämpötilaan
Lämpötila vaikuttaa entalpiaan ja entropiaan. Jos lisäät lämpöä järjestelmään, lisääntyvät sekä entropia että entalpia. Lämpötila sisältyy myös itsenäisenä tekijänä laskettaessa Gibbsin vapaata energiaa. Lasket Gibbsin vapaan energian muutoksen kertomalla lämpötila entropian muutoksella ja vähentämällä tuotteen järjestelmän entalpian muutoksesta. Tästä näet, että lämpötila voi muuttaa dramaattisesti Gibbsin vapaata energiaa.
Merkitys kemiallisissa reaktioissa
Gibbsin vapaan energian laskeminen on tärkeää, koska sen avulla voit selvittää reaktion todennäköisyyden. Negatiivinen entalpia ja positiivinen entropia suosivat reaktiota eteenpäin. Positiivinen entalpia ja negatiivinen entropia eivät tue etenevää reaktiota; nämä reaktiot menevät päinvastaiseen suuntaan lämpötilasta riippumatta. Kun yksi tekijä suosii reaktiota ja toinen ei, lämpötila määrittää, mihin suuntaan reaktio etenee. Jos Gibbsin vapaan energian muutos on negatiivinen, reaktio etenee; jos se on positiivinen, se menee päinvastaiseksi. Kun se on nolla, reaktio on tasapainossa.