I et system, det være sig kemi, biologi eller fysik, er der spontane processer og ikke-spontane processer.
Definition af en spontan proces
En spontan proces er en, der forekommer alene, uden nogen energi input udefra. For eksempel vil en kugle rulle ned ad skråningen; vand vil strømme ned ad bakke; isen smelter i vand; radioisotoper vil henfalde; og jern vil rust. Ingen intervention er påkrævet, fordi disse processer er termodynamisk gunstige. Med andre ord, den oprindelige energi er højere end den endelige energi.
Bemærk, at hvor hurtigt en proces finder sted ikke har betydning for, om den er spontan eller ej: Det kan tage lang tid, før rust bliver tydelig, men alligevel vil det udvikle sig, når jern udsættes for luft. En radioaktiv isotop kan henfalde øjeblikkeligt eller efter millioner eller endda milliarder af år; endnu vil det forfalde.
Spontan kontra ikke-spontan
Det modsatte af en spontan proces er en ikke-spontan proces: Energi skal tilføjes for at en kan forekomme. For eksempel omdannes rust ikke tilbage til jern på egen hånd; en datterisotop vender ikke tilbage til sin moderstat.
Gibbs fri energi og spontanitet
Ændringen i Gibbs fri energi eller Gibbs-funktionen kan bruges til at vurdere spontaniteten af en proces. Ved konstant temperatur og tryk er Gibbs-ligningen ΔG = ΔH - TΔS, hvor ΔH er ændringen i enthalpi, ΔS er ændringen i entropi, og ΔG er mængden af fri eller tilgængelig energi. Hvad angår resultaterne:
- Hvis ΔG er negativ, er processen spontan;
- Hvis ΔG er positiv, er processen ikke-kontant (men ville være spontan i modsat retning);
- Hvis ΔG er nul, er processen i ligevægt, og der sker ikke nogen nettoændring over tid.