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 si svolge da solo, senza alcuno energia input 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 viene 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 in Energia libera di Gibbs oppure la funzione Gibbs può essere utilizzata 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.