הגדרת תהליכים ספונטניים ודוגמאות

במערכת, בין אם מדובר בכימיה, ביולוגיה או פיסיקה, ישנם תהליכים ספונטניים ותהליכים לא-פונטנטיים.

תהליך ספונטני הוא תהליך שמתרחש מעצמו, ללא כל אנרגיה קלט מבחוץ. לדוגמה, כדור יתגלגל במורד שיפוע; מים יזרמו בירידה; קרח יימס למים; הרדיואיזוטופים יתפרקו; ו ברזל יחליד. אין צורך בהתערבות מכיוון שתהליכים אלה מועילים תרמודינמית. במילים אחרות, האנרגיה הראשונית גבוהה מהאנרגיה הסופית.

שים לב כי כמה מהר מתרחש תהליך לא משפיע על אם הוא ספונטני או לא: זה עשוי לקחת זמן רב עד שהחלודה תתברר, ועם זאת הוא יתפתח כאשר הברזל ייחשף לאוויר. איזוטופ רדיואקטיבי עשוי להתפורר באופן מיידי או אחרי מיליונים ואפילו מיליארדי שנים; ובכל זאת, זה יירקב.

ההפך מתהליך ספונטני הוא תהליך לא-ספונטני: יש להוסיף אנרגיה על מנת שזו תתרחש. לדוגמה, חלודה לא הופכת חזרה לברזל בכוחות עצמה; איזוטופ של בת לא יחזור למצב ההורה שלה.

השינוי ב אנרגיה חופשית של ג'יבס או שניתן להשתמש בפונקציית ה- Gibbs כדי להעריך את הספונטניות של תהליך. בטמפרטורה ולחץ קבוע, משוואת הגיבס היא ΔG = ΔH - TΔS, בו ΔH הוא השינוי באנטלפיה, ΔS הוא השינוי באנטרופיה, ו- ΔG הוא כמות האנרגיה החופשית או הזמינה. באשר לתוצאות:

• אם ΔG שלילי, התהליך ספונטני;
• אם ΔG חיובי, התהליך אינו מתייחס (אך יהיה ספונטני בכיוון ההפוך);
• אם ΔG הוא אפס, התהליך נמצא בשיווי משקל ולא מתרחש שינוי נטו לאורך זמן.