최종 업데이트: 2026-06-16

깁스 자유 에너지 변화 $\Delta G$는 반응이 자발적인지, 그리고 얼마만큼 유용한 일을 할 수 있는지를 알려 준다. 전기화학 전지에서 진행되는 산화·환원 반응의 자유 에너지는 전위차를 거쳐 이동하는 전자가 운반하므로 전지의 전압에서 곧바로 읽어낼 수 있다. 이 계산기는 측정한 전지 전위 또는 표준 전지 전위를 $\Delta G$로 변환하며, 이는 전지 전압과 자발성을 연결할 때 만나는 전기화학과 열역학 사이의 다리이다.

전자가 운반하는 에너지

$n$몰의 전자가 전위 $E$를 거쳐 이동할 때 한 전기적 일은 전하량에 전압을 곱한 값이다. 전자 한 몰은 패러데이 상수 $F = 96{,}485\ \mathrm{C/mol}$을 운반하므로 자유 에너지 변화는 다음과 같다.

$\Delta G = -nFE$

음의 부호는 자발적 반응이 자유 에너지를 방출한다는 약속을 담는다. 이 곱은 몰당 줄(J/mol)로 나오므로 1000으로 나누면 자유 에너지를 몰당 킬로줄로 나타낸다. 표준 전위 $E^\circ$를 쓰면 표준 자유 에너지 $\Delta G^\circ$가 얻어진다.

예제

다니엘 전지는 전자 두 개를 이동시키며 표준 전위가 $1.10\ \mathrm{V}$이다.

큰 음의 값은 반응이 강하게 자발적이며 상당한 에너지를 전기적 일로 방출할 수 있음을 보여 준다.

이 식이 성립하는 이유

자유 에너지는 어떤 과정에서 얻을 수 있는 최대 비팽창 일이다. 전지에서 그 일은 전기적인 일로, 전하량 $nF$가 전압 $E$를 거쳐 밀려가는 일이다. 둘을 같다고 놓으면 정확히 $\Delta G = -nFE$가 된다. 같은 관계가 역방향으로도 성립한다. 알려진 $\Delta G$는 전지 전압을 함의하며, 이런 방식으로 열역학 데이터와 전기화학 측정값을 교차 검증한다.

전극 표로부터 전지 전위 자체를 구하려면 표준 전지 전위 계산기로 시작한다. $\Delta G^\circ$는 $-RT\ln K$와도 같으므로 자유 에너지는 전지 전위로부터 평형 상수 계산기가 계산하는 평형 위치와 곧바로 이어진다. 전기화학을 거치지 않고 같은 양에 이르려면 깁스 자유 에너지 계산기가 엔탈피와 엔트로피를 대신 사용한다.