Spontán folyamat meghatározása és példák

Egy rendszerben, legyen az kémia, biológia vagy fizika, vannak spontán folyamatok és nem spontán folyamatok.

A spontán folyamat önmagában, anélkül lép fel energia bemenet kívülről. Például egy golyó lefelé gördül le; víz folyik lefelé; a jég megolvad vízbe; a radioizotópok lebomlanak; és a vas rozsdásodik. Nincs szükség beavatkozásra, mivel ezek a folyamatok termodinamikailag kedvezőek. Más szavakkal, a kezdeti energia magasabb, mint a végső energia.

Ne feledje, hogy a folyamat gyors lefolyása nem befolyásolja azt, hogy spontán-e vagy sem: hosszú ideig eltarthat, amíg a rozsda nyilvánvalóvá válik, mégis kialakulhat, amikor a vas levegővel van kitéve. A radioaktív izotóp azonnal, akár millió vagy akár milliárd év elteltével bomlik; mégis elbomlik.

A spontán folyamat fordítottja nem spontán folyamat: energiát kell hozzáadni ahhoz, hogy ez megtörténjen. Például a rozsda önmagában nem alakul vissza vasssá; egy lánya izotóp nem tér vissza szülői állapotába.

A változás Gibbs szabad energia vagy a Gibbs függvény felhasználható egy folyamat spontaneitásának felmérésére. Állandó hőmérsékleten és nyomáson a Gibbsi egyenlet ΔG = ΔH - TΔS, ahol ΔH az entalpia változása, ΔS az entrópia változása, ΔG a szabad vagy a rendelkezésre álló energia mennyisége. Ami az eredményeket illeti:

• Ha ΔG negatív, akkor a folyamat spontán;
• Ha ΔG pozitív, a folyamat nem spontán (de fordított irányban spontán lenne);
• Ha ΔG nulla, akkor a folyamat egyensúlyban van, és az idő múlásával nem történik nettó változás.