Spontaan proces in wetenschappelijke definitie en voorbeelden

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

Definitie van een spontaan proces

Een spontaan proces is een proces dat op zichzelf plaatsvindt, zonder enige energie-inbreng van buitenaf. Een bal rolt bijvoorbeeld een helling af; water stroomt bergafwaarts; ijs smelt 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 laatste 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; maar toch zal het vergaan.

Spontaan versus niet-spontaan

Het omgekeerde van een spontaan proces is een niet-spontaan proces: er moet energie worden toegevoegd voordat er een kan optreden. Roest verandert bijvoorbeeld niet vanzelf weer in ijzer; een dochterisotoop keert niet terug naar zijn ouderstaat.

Gibbs vrije energie en spontaniteit

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