Spontāna procesa definīcija un piemēri

Sistēmā, neatkarīgi no tā, vai tā ir ķīmija, bioloģija vai fizika, ir spontāni un nespontāni procesi.

Spontāns process ir tāds, kas notiek pats par sevi, bez tā enerģija ieguldījums no ārpuses. Piemēram, bumba ripos lejup pa slīpumu; ūdens plūdīs lejup; ledus izkusīs ūdenī; radioizotopi samazināsies; un dzelzs rūsa. Iejaukšanās nav nepieciešama, jo šie procesi ir termodinamiski labvēlīgi. Citiem vārdiem sakot, sākotnējā enerģija ir augstāka nekā gala enerģija.

Ņemiet vērā, ka tas, cik ātri notiek process, neietekmē to, vai tas ir spontāns vai nē: Var paiet ilgs laiks, līdz rūsas kļūst acīmredzamas, tomēr tas attīstīsies, kad dzelzs tiek pakļauts gaisam. Radioaktīvs izotops var noārdīties uzreiz vai pēc miljoniem vai pat miljardiem gadu; tomēr tas mazināsies.

Spontāna procesa pretējs process nav spontāns: lai tas notiktu, ir jāpievieno enerģija. Piemēram, rūsa pati par sevi nepārvēršas dzelžā; meitas izotops neatgriezīsies vecāku stāvoklī.

Pārmaiņas Gibbs bez enerģijas vai arī Gibba funkciju var izmantot, lai novērtētu procesa spontanitāti. Pie pastāvīgas temperatūras un spiediena Gibsa vienādojums ir ΔG = ΔH - TΔS, kurā ΔH ir entalpijas izmaiņas, ΔS ir izmaiņas entropijā, un ΔG ir brīvās vai pieejamās enerģijas daudzums. Runājot par rezultātiem:

• Ja ΔG ir negatīvs, process notiek spontāni;
• Ja ΔG ir pozitīvs, process notiek bez spontāna (bet apgrieztā virzienā būtu spontāns);
• Ja ΔG ir nulle, tad process ir līdzsvarā un laika gaitā neto izmaiņas nenotiek.