계의 온도와 압력이 일정할 때 작업을 수행할 수 있는 어떤 계의 에너지 일부를 자유에너지(free energy; G로 표시)라 정의한다. 화학반응 중에서의 자유에너지의 변화(change)는 △G로 나타내며, G마지막 상태-G최초 상태와 동일하다. 자발적인 반응에서 계의 자유에너지는 감소되어야만 한다(-△G).
△G가 마이너스일 때, 마지막 상태는 최초 상태와 비교해서 자유에너지를 덜 갖고 있어서 마지막 상태는 덜 변화될 것이고 더 안정적이다. 자유에너지가 많은 계는 더 안정한 상태로 자발적으로 변화하려는 경향이 있다. 이러한 변화는 일을 수행할 수 있게끔 한다. 안정성이 최대인 상태를 평형(equilibrium)이라 한다. 어떤 화학반응이 평형일 때는 전진과 후진 반응이 같은 속도로 일어나며, 생성물과 반응물의 상대적 농도가 같게 유지된다. 평형을 향하여 이동되는 반응은 자발적이며, 그 △G는 마이너스이다. 평형에 있는 계는 자유에너지가 최소인 상태에 있으며 자발적으로 변화하지 않고 어떤 일도 수행할 수 없다.
참고자료: 캠벨 생명과학 요약
