Em um sistema, seja química, biologia ou física, existem processos espontâneos e processos não espontâneos.
Definição de um Processo Espontâneo
Um processo espontâneo é aquele que ocorre por si só, sem qualquer energia entrada do lado de fora. Por exemplo, uma bola irá rolar uma inclinação; a água fluirá ladeira abaixo; o gelo derreterá na água; radioisótopos decairão; e ferro enferrujará. Nenhuma intervenção é necessária porque esses processos são termodinamicamente favoráveis. Em outras palavras, a energia inicial é maior que a energia final.
Observe que a rapidez com que um processo ocorre não tem influência se é espontânea ou não: pode levar muito tempo para que a ferrugem se torne óbvia, mas ela se desenvolverá quando o ferro for exposto ao ar. Um isótopo radioativo pode decair instantaneamente ou depois de milhões ou até bilhões de anos; ainda assim, decairá.
Espontâneo versus não espontâneo
O inverso de um processo espontâneo é um processo não espontâneo: é preciso adicionar energia para que ocorra. Por exemplo, a ferrugem não se converte em ferro por si só; um isótopo filha não retornará ao seu estado pai.
Energia livre de Gibbs e espontaneidade
A mudança de Energia livre de Gibbs ou a função Gibbs pode ser usada para avaliar a espontaneidade de um processo. Em temperatura e pressão constantes, a equação de Gibbs é ΔG = ΔH - TΔS, na qual ΔH é a alteração na entalpia, ΔS é a alteração na entropia e ΔG é a quantidade de energia livre ou disponível. Quanto aos resultados:
- Se ΔG é negativo, o processo é espontâneo;
- Se ΔG for positivo, o processo é não espontâneo (mas seria espontâneo na direção reversa);
- Se ΔG é zero, o processo está em equilíbrio e nenhuma mudança líquida ocorre ao longo do tempo.