energie liberă, în termodinamică, proprietate asemănătoare energiei sau funcție de stare a unui sistem în echilibru termodinamic. Energia liberă are dimensiunile energiei, iar valoarea ei este determinată de starea sistemului și nu de istoria sa. Energia liberă este utilizată pentru a determina modul în care sistemele se schimbă și cât de multă muncă pot produce. Se exprimă în două forme: energia liberă Helmholtz F, numită uneori funcția de lucru, și energia liberă Gibbs G. Dacă U este energia internă a unui sistem, PV produsul presiune-volum și TS produsul temperatură-entropie (T fiind temperatura peste zero absolut), atunci F = U − TS și G = U + PV − TS. Ultima ecuație poate fi scrisă și sub forma G = H – TS, unde H = U + PV este entalpia. Energia liberă este o proprietate extinsă, ceea ce înseamnă că magnitudinea acesteia depinde de cantitatea unei substanțe într-o stare termodinamică dată.
modificarile in energia libera, de la un nivel de energie la altul, sunt utile in determinarea directiei schimbarii spontane si in evaluarea lucrului maxim care poate fi obtinut in urma proceselor termodinamice care implica reactii chimice sau de alt tip. Într-un proces reversibil maximă de lucru util, care poate fi obținut de la un sistem sub temperatură constantă și la volum constant este egală cu (negativ) variația energiei libere Helmholtz, −ΔF = −ΔU + TΔS, iar cea maximă de lucru util sub constante de temperatură și presiune constantă (altele decât activitatea desfășurată împotriva atmosferă) este egală cu (negativ) variația energiei libere Gibbs, −ΔG = −ΔH + TΔS. În fiecare caz, termenul de entropie t-uri reprezintă căldura absorbită de sistem dintr-un rezervor de căldură la temperatura T în condițiile în care sistemul funcționează maxim. Prin conservarea energiei, munca totală efectuată include și scăderea energiei interne U sau entalpia H, după caz. De exemplu, energia pentru munca electrică maximă efectuată de o baterie pe măsură ce se descarcă provine atât din scăderea energiei sale interne datorită reacțiilor chimice, cât și din căldura t-uri pe care o absoarbe pentru a-și menține temperatura constantă, care este căldura maximă ideală care poate fi absorbită. Pentru orice baterie reală, lucrările electrice efectuate ar fi mai mici decât munca maximă, iar căldura absorbită ar fi în mod corespunzător mai mică decât T-urile.
schimbările în energia liberă pot fi folosite pentru a judeca dacă schimbările de stare pot apărea spontan. Sub temperatură și volum constant, transformarea se va întâmpla spontan, fie încet, fie rapid, dacă energia liberă Helmholtz este mai mică în starea finală decât în starea inițială—adică dacă diferența dintre starea finală și starea inițială este negativă. Sub temperatură și presiune constantă, transformarea stării va avea loc spontan dacă schimbarea energiei libere Gibbs, HECTG, este negativă.
tranzițiile de fază oferă exemple instructive, cum ar fi atunci când gheața se topește pentru a forma apă la 0,01 ct (t = 273,16 K), cu fazele solide și lichide în echilibru. Apoi, 0,292 calorii pe gram este căldura latentă a fuziunii, iar prin definiție, 0,292 calorii pe gram, este schimbarea entropiei. Rezultă imediat că, din tranziția de fază, nu poate fi extrasă nicio lucrare utilă (alta decât lucrul împotriva atmosferei din cauza modificărilor de presiune și volum), este zero, ceea ce indică faptul că cele două faze sunt în echilibru și că nu se poate extrage nicio lucrare utilă (alta decât lucrul împotriva atmosferei din cauza modificărilor de presiune și volum). În plus, pentru T > 273.16 k, se indică faptul că direcția schimbării spontane este de la gheață la apă, iar pentru T < 273.16 k, unde are loc reacția inversă a înghețării, se indică un rezultat negativ al acestui indicator.