Ein spontaner Prozess ist die Zeitevolution eines Systems, in dem es freie Energie (gewöhnlich als Hitze) veröffentlicht und sich zu einem niedrigeren, mehr thermodynamisch stabilen Energiestaat bewegt. Die Zeichen-Tagung von Änderungen in der freien Energie folgt der allgemeinen Tagung für thermodynamische Maße, in denen eine Ausgabe der freien Energie vom System einer negativen Änderung in der freien Energie, aber einer positiven Änderung für die Umgebungen entspricht.

Ein spontaner Prozess ist zum Verfahren in einer gegebenen Richtung, wie geschrieben oder beschrieben fähig, ohne von einer Außenenergiequelle gesteuert werden zu müssen. Der Begriff wird gebraucht, um sich auf Makroprozesse zu beziehen, in denen Wärmegewicht zunimmt; solcher als ein Geruch, der sich in einem Zimmer, Eis verbreitet, das in lauwarmem Wasser, Salz schmilzt, das sich in Wasser und dem Eisenverrosten auflöst.

Die Gesetze der Thermodynamik regeln die Richtung eines spontanen Prozesses, sicherstellend, dass, wenn eine genug hohe Zahl von individuellen Wechselwirkungen (wie das Atom-Kollidieren) dann beteiligt wird, die Richtung immer in der Richtung auf das vergrößerte Wärmegewicht sein wird (da Wärmegewicht-Zunahme ein statistisches Phänomen ist).

Übersicht

Für eine Reaktion bei der unveränderlichen Temperatur und dem Druck ΔG im Gibbs ist freie Energie:

Das Zeichen von ΔG hängt von den Zeichen der Änderungen in enthalpy (ΔH) und Wärmegewicht (ΔS), sowie auf der absoluten Temperatur (T, in kelvin) ab. ΔG ändert sich vom positiven bis negativen (oder umgekehrt) wo

T = ΔH/ΔS.

Für heterogene Systeme, wo alle Arten der Reaktion in verschiedenen Phasen sind und mechanisch getrennt werden können, ist der folgende wahr.

Wenn ΔG negativ ist, gehen ein Prozess oder chemische Reaktion spontan in der Vorwärtsrichtung weiter.

Wenn ΔG positiv ist, geht der Prozess spontan rückwärts weiter.

Wenn ΔG Null ist, ist der Prozess bereits im Gleichgewicht ohne Nettoänderung, die mit der Zeit stattfindet.

Wir können weiter vier Fälle innerhalb der obengenannten Regel gerade unterscheiden, indem wir die Zeichen der zwei Begriffe auf der richtigen Seite der Gleichung untersuchen.

Wenn ΔS positiv ist und ΔH negativ ist, ist ein Prozess immer spontaner

Für Homogene Systeme, wo alle Arten der Reaktion in derselben Phase sind, kann ΔG nicht Reaktionsspontaneität genau voraussagen.

Das zweite Gesetz der Thermodynamik stellt fest, dass für jeden spontanen Prozess der gesamte ΔS größer oder gleich der Null sein muss, noch kann eine spontane chemische Reaktion auf eine negative Änderung im Wärmegewicht hinauslaufen. Das widerspricht dem zweiten Gesetz jedoch nicht, da solch eine Reaktion eine genug große negative Änderung in enthalpy haben muss (Hitzeenergie), dass die Zunahme in der Temperatur der Reaktionsumgebungen (betrachtet, ein Teil des Systems in thermodynamischen Begriffen zu sein), auf eine genug große Zunahme im Wärmegewicht hinausläuft, dass insgesamt die Änderung im Wärmegewicht positiv ist. D. h. der ΔS der Umgebungen nimmt genug wegen des exothermicity der Reaktion zu, die es für den negativen ΔS des Systems überersetzt, und da der gesamte ΔS = ΔS + ΔS, die gesamte Änderung im Wärmegewicht noch positiv ist.

Eine andere Weise, die Tatsache anzusehen, dass einige spontane chemische Reaktionen zu Produkten mit dem niedrigeren Wärmegewicht führen können, soll begreifen, dass das zweite Gesetz feststellt, dass das Wärmegewicht eines isolierten Systems zunehmen (oder unveränderlich bleiben muss). Da eine negative Enthalpy-Änderung in einer Reaktion bedeutet, dass Energie zu den Umgebungen veröffentlicht wird, dann schließt das 'isolierte' System die chemische Reaktion plus seine Umgebungen ein. Das bedeutet, dass die Hitzeausgabe der chemischen Reaktion genug das Wärmegewicht der solcher Umgebungen vergrößert, dass das gesamte Wärmegewicht des isolierten Systems in Übereinstimmung mit dem zweiten Gesetz der Thermodynamik zunimmt.

Spontaneität deutet nicht an, dass die Reaktion mit großer Geschwindigkeit fortfährt. Zum Beispiel ist der Zerfall von Diamanten in den Grafit ein spontaner Prozess kommt sehr langsam vor, Millionen von Jahren nehmend. Die Rate einer Reaktion ist seiner Spontaneität unabhängig, und hängt stattdessen von der chemischen Kinetik der Reaktion ab. Jeder Reaktionspartner in einem spontanen Prozess hat eine Tendenz, das entsprechende Produkt zu bilden. Diese Tendenz ist mit der Stabilität verbunden. Stabilität wird durch eine Substanz gewonnen, wenn es in einer minimalen Energie ist, setzen fest, oder ist in der maximalen Zufälligkeit. Nur ein von diesen können auf einmal angewandt werden. z.B ist Wasser, das sich zum Eis umwandelt, ein spontaner Prozess, weil Eis stabiler ist, da es der niedrigeren Energie ist. Jedoch ist die Bildung von Wasser auch ein spontaner Prozess, wie Wasser der zufälligere Staat ist.

Siehe auch

• Reaktionsreaktionen von Endergonic, die bei der Standardtemperatur, dem Druck und den Konzentrationen nicht unwillkürlich sind.
• Spontane Phänomene der Verbreitung, die Gibbs freie Energie minimieren.