1.4.7 化学热力学-吉布斯自由能
熵（Entropy）也是系统的热力学状态函数之一，通常用字母S表示，定义为：
S = kB ln W
其中kB是玻尔兹曼常数，W是体系的微观状态数。
熵代表着体系的混乱程度。系统的微观状态越多，熵越大。
标准摩尔熵（Standard molar entropy）是在标准压力状态下，一摩尔物质的熵含量，用符号SmO表示，单位通常为J/(mol·K)。
固体和液体物质的标准摩尔熵通常较小，而气体物质的标准摩尔熵通常较大。所以产生气体（即反应物的气体分子数量多于生成物的气体分子数量）的反应往往是熵增反应，而消耗气体的反应往往是熵减反应。
在恒温恒压体系中，化学反应或物理过程能否自发进行，既取决于焓变（放热/吸热），也取决于熵变（体系混乱度的变化）。可以通过吉布斯自由能这一热力学状态函数做出判断。
吉布斯自由能（Gibbs free energy）定义为：
G = H - TS
其中H是焓，T是绝对温度（以开尔文为单位），S是熵。G的单位通常用KJ/mol，或Kcal/mol表示。
在恒温恒压体系中，只有吉布斯自由能减少的反应才能自发进行。
思考1（超纲警告）：吉布斯自由能判据与热力学第二定律矛盾吗？或者说，一个熵增，但吉布斯自由能增加的反应，是否能自发进行？
对于一个反应，△G = △H - T△S。
如果反应是放热且产生气体的，则△G < 0，反应一定能自发进行。
如果反应是吸热且消耗气体的，则△G > 0，反应一定不能自发进行。
如果反应是吸热且产生气体的，则反应会在温度高于T = △H / △S时自发进行。
如果反应是放热且消耗气体的，则反应会在温度低于T = △H / △S时自发进行。
如果一个反应不产生也不消耗气体，则温度对反应的自发性几乎没有影响。
在标准状态下，1mol化学反应的吉布斯自由能变化用标准摩尔反应吉布斯自由能变（Standard molar reaction Gibbs free energy change）△Gr,mO表示。
在标准状态下，由标准状态下最稳定单质生成1mol纯净物质的反应的吉布斯自由能变化，称为标准摩尔生成吉布斯自由能（Standard molar Gibbs free energy of formation），用△Gf,mO表示。
物质的△Gf,mO通常小于0。如果一个物质的△Gf,mO大于0，则该物质在标准状态下热力学不稳定，会自发分解成元素态。
焓，熵，和吉布斯自由能是化学热力学的核心概念，会在后续章节中多次出现。
思考1答案：
热力学第二定律研究的是“孤立系统”的总熵，而吉布斯自由能判据研究的是“恒温恒压系统”的吉布斯自由能。
当一个系统恒温恒压时，它必然与外界有能量交换，且对外界做功。所以这不是一个孤立系统。
不过，对于恒温恒压系统，此系统+环境可以近似看作一个孤立系统。由计算得知，恒温恒压系统的吉布斯自由能减少，正好对应着此系统+环境的总熵增加。
所以吉布斯自由能判据与热力学第二定律不仅不矛盾，反而是等价的。
此外，对于“一个熵增，但吉布斯自由能增加的反应”，如果系统恒温恒压，则此反应不能自发进行，但此反应在孤立系统中是可以自发进行的。可能的例子包括 低温水的蒸发过程。
对本节内容有贡献的科学家包括：
克劳修斯：提出熵的概念
玻尔兹曼：给出熵的统计学定义
吉布斯：提出吉布斯自由能的概念