自由エネルギー最小化原理とは？
じゆうえねるぎーさいしょうかげんり
「原理」の用語まとめを見る自由エネルギー最小化原理とは、一定温度・圧力のもとで化学系や物理系は自由エネルギーが最も小さくなる状態へと自発的に変化するという熱力学の原理です。
自由エネルギー最小化原理は、熱力学の第二法則から導かれる原理で、外部との熱・仕事のやりとりが一定条件下に置かれた系では、ギブズ自由エネルギー（G）またはヘルムホルツ自由エネルギー（F）が最小となる状態が最も安定な平衡状態であることを示しています。
ギブズ自由エネルギーは「G = H − TS」と定義されます。ここでHはエンタルピー（反応の熱的変化を表す量）、Tは絶対温度、Sはエントロピー（系の乱雑さ・無秩序の度合い）です。反応が自発的に進む条件は、ΔG < 0（自由エネルギーが減少する）となる場合です。
自由エネルギーが最小となる状態は、エンタルピーを下げる（安定な結合を形成する）方向と、エントロピーを上げる（より無秩序になる）方向の競合によって決まります。
- 発熱反応でエントロピーも増大する場合：いかなる温度でも自発的
- 吸熱反応でエントロピーが増大する場合：高温で自発的になる
- 発熱反応でエントロピーが減少する場合：低温で自発的になる
この原理は化学反応の方向予測、相転移（固体・液体・気体の変化）の解析、タンパク質の折りたたみ構造の安定性評価、材料設計など広い分野で使われます。特に生化学分野では、ATP加水分解のような細胞内エネルギー反応の駆動力を理解するうえで不可欠な概念です。
使い方・例文
氷が0℃以上で自然に溶けるのは、液体状態の方が自由エネルギーが低く安定しているためであり、自由エネルギー最小化原理の典型的な例です。
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