Processo spontaneo nella definizione e negli esempi di scienza

In un sistema, che si tratti di chimica, biologia o fisica, ci sono processi spontanei e processi non spontanei.

Definizione di un processo spontaneo

Un processo spontaneo è un processo che si verifica da solo, senza alcun input di energia dall'esterno. Ad esempio, una palla rotolerà giù da un'inclinazione; l'acqua scorrerà in discesa; il ghiaccio si scioglierà in acqua; i radioisotopi decadranno; e il ferro arrugginirà. Non è richiesto alcun intervento perché questi processi sono termodinamicamente favorevoli. In altre parole, l'energia iniziale è superiore all'energia finale.

Si noti che la rapidità con cui si verifica un processo non ha alcuna influenza sul fatto che sia spontanea o meno: potrebbe impiegare molto tempo a rendere evidente la ruggine, ma si svilupperà quando il ferro è esposto all'aria. Un isotopo radioattivo può decadere all'istante o dopo milioni o addirittura miliardi di anni; tuttavia, decadrà.

Spontaneo contro non spontaneo

Il contrario di un processo spontaneo è un processo non spontaneo: l'energia deve essere aggiunta affinché si verifichi. Ad esempio, la ruggine non si converte nuovamente in ferro da sola; un isotopo figlia non ritornerà al suo stato genitore.

Gibbs Free Energy and Spontaneity

Il cambiamento nell'energia libera di Gibbs o nella funzione di Gibbs può essere usato per valutare la spontaneità di un processo. A temperatura e pressione costanti, l'equazione di Gibbs è ΔG = ΔH - TΔS, in cui ΔH è la variazione di entalpia, ΔS è la variazione di entropia e ΔG è la quantità di energia libera o disponibile. Per quanto riguarda i risultati:

• Se ΔG è negativo, il processo è spontaneo;
• Se ΔG è positivo, il processo non è spontaneo (ma sarebbe spontaneo nella direzione opposta);
• Se ΔG è zero, il processo è in equilibrio e non si verificano variazioni nette nel tempo.