Spontane procesdefinitie en voorbeelden

In een systeem, of het nu chemie, biologie of natuurkunde is, zijn er spontane processen en niet-spontane processen.

Een spontaan proces is een proces dat op zichzelf plaatsvindt, zonder enige energie input van buitenaf. Een bal rolt bijvoorbeeld een helling af; het water zal bergafwaarts stromen; ijs zal smelten in water; radio-isotopen zullen vergaan; en ijzer zal roesten. Er is geen interventie vereist omdat deze processen thermodynamisch gunstig zijn. Met andere woorden, de initiële energie is hoger dan de uiteindelijke energie.

Merk op dat hoe snel een proces plaatsvindt geen invloed heeft op het al dan niet spontaan zijn: het kan lang duren voordat roest duidelijk wordt, maar het zal zich ontwikkelen wanneer ijzer wordt blootgesteld aan lucht. Een radioactieve isotoop kan onmiddellijk of na miljoenen of zelfs miljarden jaren vervallen; toch zal het vergaan.

Het omgekeerde van een spontaan proces is een niet-spontaan proces: er moet energie worden toegevoegd om er een te laten plaatsvinden. Zo wordt roest niet vanzelf weer omgezet in ijzer; een dochterisotoop keert niet terug naar de ouderstaat.

De verandering in Gibbs vrije energie of de Gibbs-functie kan worden gebruikt om de spontaniteit van een proces te beoordelen. Bij constante temperatuur en druk is de Gibbs-vergelijking ΔG = ΔH - TΔS, waarbij ΔH de verandering in enthalpie is, ΔS de verandering in entropie is en ΔG de hoeveelheid vrije of beschikbare energie is. Wat betreft de resultaten:

• Als ΔG negatief is, is het proces spontaan;
• Als ΔG positief is, is het proces niet-spontaan (maar zou het spontaan zijn in omgekeerde richting);
• Als ΔG nul is, is het proces in evenwicht en vindt er in de loop van de tijd geen netto verandering plaats.