Gibbs-Energie

Physikalische Größe
Name	Freie Enthalpie, Gibbs-Energie
Größenart	Energie
Formelzeichen	${\displaystyle G}$
Größen- und Einheitensystem Einheit Dimension SI J = kg·m2·s−2 L2·M·T−2

Die Gibbs-Energie (auch freie Enthalpie), benannt nach Josiah Willard Gibbs, ist eine extensive thermodynamische Zustandsgröße mit der Dimension Energie und der SI-Einheit Joule. Ihr Symbol ist ${\displaystyle G}$ und ihre natürlichen Variablen sind die Temperatur ${\displaystyle T}$, der Druck ${\displaystyle p}$ und die Teilchenzahlen ${\displaystyle N_{i}}$ der im betrachteten thermodynamischen System vorhandenen Stoffe ${\displaystyle i}$. Die Gibbs-Energie ist ein thermodynamisches Potential: laufen chemische Reaktionen oder andere thermodynamische Prozesse bei konstantem Druck und konstanter Temperatur ab, wird die Gibbs-Energie im vom betrachteten thermodynamischen System erreichbaren thermodynamischen Gleichgewicht minimal.

Die Gibbs-Energie eines Systems ergibt sich aus dessen Enthalpie ${\displaystyle H}$ durch eine Legendre-Transformation bezüglich der Entropie, indem die Enthalpie um das Produkt aus der absoluten Temperatur ${\displaystyle T}$ und der Entropie ${\displaystyle S}$ verringert wird. Der so erhaltene Zusammenhang ist als Gibbs-Helmholtz-Gleichung bekannt:

${\displaystyle G(T,p,\{N_{i}\})=H(S,p,\{N_{i}\})-T\,S}$.

Mit ${\displaystyle V}$ als dem Volumen des betrachteten Systems wird dessen innere Energie ${\displaystyle U}$ gleich ${\displaystyle H-pV}$. Man erhält entsprechend:

${\displaystyle G(T,p,\{N_{i}\})=U(S,V,\{N_{i}\})+p\,V-T\,S}$.

Die molare Gibbs-Energie (Einheit: J/mol) ist die auf die Stoffmenge ${\displaystyle n}$ bezogene Gibbs-Energie:

${\displaystyle G_{\text{m}}={\frac {G}{n}}}$.

Die spezifische Gibbs-Energie (Einheit: J/kg) ist die auf die Masse ${\displaystyle m}$ bezogene Gibbs-Energie:

${\displaystyle g={\frac {G}{m}}}$.

Die molare und die spezifische Gibbs-Energie sind intensive Größen: Haben zwei identische Teilsysteme die gleiche molare oder spezifische Gibbs-Energie, dann hat auch das aus ihnen gebildete Gesamtsystem diese molare bzw. spezifische Gibbs-Energie.

1. ↑ J. K. Fink: Physical Chemistry in Depth. Springer, Berlin Heidelberg 2009, ISBN 978-3-642-01013-2, S. 84.
2. ↑ Eintrag zu Gibbs energy (function). In: IUPAC (Hrsg.): Compendium of Chemical Terminology. The “Gold Book”. doi:10.1351/goldbook.G02629 – Version: 2.0.2.