Spontaanin prosessin määritelmä ja esimerkit

Järjestelmässä, olipa se kemia, biologia tai fysiikka, on spontaaneja prosesseja ja ei-spontaaneja prosesseja.

Spontaani prosessi on prosessi, joka tapahtuu yksinään ilman mitään energia tulo ulkopuolelta. Esimerkiksi pallo rullaa alas kallistuksen; vesi virtaa alamäkeen; jää sulaa veteen; radioisotoopit hajoavat; ja rauta ruostuu. Interventiota ei tarvita, koska nämä prosessit ovat termodynaamisesti suotuisat. Toisin sanoen alkuenergia on suurempi kuin lopullinen energia.

Huomaa, että prosessin nopeasti tapahtuvalla nopeudella ei ole vaikutusta siihen, onko se spontaani: Voi kestää kauan, kunnes ruoste tulee ilmeiseksi, mutta se kehittyy silloin, kun rauta altistuu ilmalle. Radioaktiivinen isotooppi voi hajota heti tai miljoonien tai jopa miljardien vuosien jälkeen; silti se rappeutuu.

Spontaanin prosessin kääntö on ei-spontaani prosessi: Energia on lisättävä, jotta se tapahtuu. Esimerkiksi ruoste ei muutu yksinään takaisin rautaksi; tytärisotooppi ei palaa vanhempaan tilaansa.

Muutos Gibbs vapaa energia tai Gibbs-toimintoa voidaan käyttää arvioimaan prosessin spontaanisuutta. Vakiona lämpötilassa ja paineessa Gibbsin yhtälö on ΔG = ΔH - TΔS, jossa ΔH on entalpian muutos, ΔS on muutos entropiassa ja ΔG on vapaan tai käytettävissä olevan energian määrä. Mitä tuloksiin:

• Jos ΔG on negatiivinen, prosessi on spontaani;
• Jos ΔG on positiivinen, prosessi ei ole spontaania (mutta olisi spontaani käänteisessä suunnassa);
• Jos ΔG on nolla, niin prosessi on tasapainossa ja nettomuutosta ei tapahdu ajan kuluessa.