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

diagramma di fase diamante-grafite

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

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