Wissenschaft

Spontane Prozessdefinition und Beispiele

In einem System, sei es Chemie, Biologie oder Physik, gibt es spontane und nicht spontane Prozesse.

 

Definition eines spontanen Prozesses

Ein spontaner Prozess ist ein Prozess, der von selbst ohne Energieeintrag von außen abläuft. Zum Beispiel rollt ein Ball eine Steigung hinunter; Wasser fließt bergab; Eis schmilzt zu Wasser; Radioisotope zerfallen; und Eisen wird rosten. Es ist kein Eingriff erforderlich, da diese Prozesse thermodynamisch günstig sind. Mit anderen Worten ist die Anfangsenergie höher als die Endenergie.

Beachten Sie, dass die Geschwindigkeit eines Prozesses keinen Einfluss darauf hat, ob er spontan abläuft oder nicht: Es kann lange dauern, bis Rost sichtbar wird. Er entwickelt sich jedoch, wenn Eisen der Luft ausgesetzt wird. Ein radioaktives Isotop kann sofort oder nach Millionen oder sogar Milliarden von Jahren zerfallen. dennoch wird es verfallen.

 

Spontan versus nicht spontan

Die Umkehrung eines spontanen Prozesses ist ein nicht spontaner Prozess: Energie muss hinzugefügt werden, damit einer auftritt. Zum Beispiel wandelt sich Rost nicht von selbst wieder in Eisen um. Ein Tochterisotop kehrt nicht in seinen Elternzustand zurück.

 

Gibbs Freie Energie und Spontanität

Die Änderung der freien Gibbs-Energie oder der Gibbs-Funktion kann verwendet werden, um die Spontaneität eines Prozesses zu bewerten. Bei konstanter Temperatur und konstantem Druck lautet die Gibbs-Gleichung ΔG=ΔH – TΔS, wobei ΔH die Änderung der Enthalpie ist, ΔS die Änderung der Entropie ist und ΔG die Menge an freier oder verfügbarer Energie ist. Wie für die Ergebnisse:

  • Wenn ΔG negativ ist, ist der Prozess spontan;
  • Wenn ΔG positiv ist, ist der Prozess nicht spontan (würde aber in umgekehrter Richtung spontan sein);
  • Wenn ΔG Null ist, befindet sich der Prozess im Gleichgewicht und es tritt im Laufe der Zeit keine Nettoveränderung auf.

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