Определение и примери за спонтанен процес

В една система, било то химия, биология или физика, има спонтанни процеси и неспонтанни процеси.

Спонтанен процес е този, който протича сам, без никакъв енергия вход отвън. Например, топка ще се търкаля по наклон; водата ще тече надолу; ледът ще се стопи във вода; радиоизотопите ще се разпадат; и желязото ще ръждясва. Не се налага намеса, тъй като тези процеси са термодинамично благоприятни. С други думи, първоначалната енергия е по-висока от крайната.

Обърнете внимание, че колко бързо протича процесът няма никакво значение дали е спонтанен или не: Може да отнеме много време, докато ръждата стане очевидна, но въпреки това тя ще се развие, когато желязото е изложено на въздух. Радиоактивен изотоп може да се разпадне мигновено или след милиони или дори милиарди години; все пак ще се разпадне.

Обратната страна на спонтанен процес е неспонтанен процес: трябва да се добави енергия, за да се случи. Например ръждата не се превръща обратно в желязо; дъщерният изотоп няма да се върне в своето родителско състояние.

Промяната в Получава свободна енергия или функцията Gibbs може да се използва за оценка на спонтанността на даден процес. При постоянна температура и налягане уравнението на Гибс е ΔG = ΔH - TΔS, при което ΔH е промяната на енталпията, ΔS е промяната в ентропията, а ΔG е количеството свободна или налична енергия. Що се отнася до резултатите:

• Ако ΔG е отрицателен, процесът е спонтанен;
• Ако ΔG е положителен, процесът е неспонтанен (но би спонтанен в обратна посока);
• Ако ΔG е нула, тогава процесът е в равновесие и не се променя нетна промяна във времето.