Spontaneità di un processo: esempi, conversione di diamante in grafite
La spontaneità di un processo indica se esso, a seconda delle condizioni in cui avviene, tende a evolversi in una determinata direzione
Ad esempio il ferro tenderà spontaneamente ad ossidarsi all’aria ma la ruggine non tenderà a diventare ferro essendo questo un processo non spontaneo.
Un processo non spontaneo può avvenire solo se si fornisce energia che, nel caso della conversione da ruggine a ferro, è di tipo elettrochimico.
Decadimento radioattivo
La spontaneità di un processo attiene l’aspetto termodinamico ma non è correlato con l’aspetto cinetico come ad esempio avviene per il decadimento radioattivo di alcuni isotopi. Ad esempio l’isotopo dell’uranio 238 ha un tempo di dimezzamento di 4.468 · 109 anni e pertanto non può essere osservato un tempo ragionevole e tale isotopo viene definito stabile.
Pertanto un processo è spontaneo ovvero un processo in cui la variazione di energia libera di Gibbs è minore di zero può essere veloce, lento o tanto lento che, sebbene possibile non possiamo verificarlo.
Conversione del diamante in grafite
Un altro esempio di processo spontaneo è la conversione di diamante in grafite.
Il diagramma di fase tra i due diversi stati allotropici del carbonio
mostra che la grafite a pressione atmosferica è la forma più stabile mentre il diamante è l’allotropo che risulta stabile a pressioni molto elevate come quelle presenti durante la sua formazione geologica.
Quindi sebbene il processo
C(s, diamante) → C(s,grafite)
sia spontaneo in particolari condizioni la sua velocità è tale che il diamante è un allotropo stabile.
In tali processi si può comprendere come specie termodinamicamente instabili come il diamante siano cineticamente stabili a pressione e temperatura ambiente.
Vi sono, al contrario, specie termodinamicamente instabili e cineticamente instabili come il polonio 212 che ha un tempo di dimezzamento di 0.298 μs
