Proceso espontáneo: definición y ejemplos

¿Qué es un proceso espontáneo?

Imagina que estás sosteniendo un vaso de agua y lo sueltas. ¿Lo que sucederá? El vaso caerá al suelo, se romperá y derramará el agua. Este proceso ocurre porque es un proceso espontáneo. ¿Sucederá alguna vez lo contrario? ¿Los fragmentos de vidrio se volverán a ensamblar en un vaso, el agua derramada volverá al vaso y el vaso saltará del suelo a tu mano? Puede recoger cuidadosamente las piezas, pegarlas de nuevo y recoger el agua en el vaso, pero este proceso inverso no sucederá por sí solo. Necesita intervención y, por tanto, no es un proceso espontáneo.

Un proceso espontáneo es un proceso que ocurre por sí solo sin intervención externa. La intervención externa es algo que cambia el proceso una vez que ha comenzado. En este ejemplo, el proceso comienza tan pronto como suelta y deja el vidrio sin soporte en el aire. Después de este punto, cualquier entrada desde el exterior, como agarrar el vaso cuando cae, es una intervención exterior.

El proceso inverso

Un proceso que es espontáneo en una dirección no es espontáneo en la dirección contraria. Aquí están algunos ejemplos:

• Un terrón de azúcar se disolverá espontáneamente en café caliente, pero el azúcar disuelto no saldrá espontáneamente del café y formará un terrón de azúcar.
• Los granos de palomitas de maíz explotarán espontáneamente cuando se calienten, pero las palomitas de maíz reventadas no volverán espontáneamente a ser un grano.
• Si agrega una gota de colorante azul a un vaso de agua, el tinte se mezclará espontáneamente con el agua para formar agua azul. Por el contrario, una taza de agua azul no se separará espontáneamente en agua clara y una gota de colorante azul para alimentos.

También es importante recordar que la dirección del proceso espontáneo puede depender de la temperatura: por debajo del punto de congelación, el agua se congela espontáneamente, mientras que por encima del punto de congelación el hielo se derrite espontáneamente. En ambos casos, el proceso inverso no es espontáneo.

El hecho de que un proceso sea espontáneo no significa que deba suceder rápidamente. Los procesos espontáneos a veces ocurren muy lentamente. Por ejemplo, ¿alguna vez has tenido que pulir la plata deslustrada de tu abuela? Lo he hecho, y estoy muy agradecido de que, aunque el deslustre de la plata es un proceso espontáneo, también es un proceso muy lento. Por lo tanto, solo tenía que ayudar a mi abuela a pulir la plata una vez al año. Algunos procesos espontáneos ocurren muy rápidamente, como el ejemplo del vaso de agua que cae al suelo; otros, como la oxidación del hierro, pueden ocurrir lentamente a lo largo de los años.

Propósito de los procesos espontáneos

Ahora sabemos que ocurren procesos espontáneos, pero ¿por qué? La segunda ley de la termodinámica nos da la respuesta. La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía del universo aumenta para cualquier proceso espontáneo. Analicemos eso un poco.

La entropía es una medida de desorden. La entropía de una habitación desordenada es mayor que la entropía de una habitación limpia. Como probablemente hayas notado, si nunca limpias tu habitación, se vuelve más y más desordenada; en otras palabras, aumenta la entropía de su habitación. Debido a que la entropía de su habitación aumenta sin ninguna intervención externa (como limpiar su habitación), su habitación se vuelve desordenada con el tiempo.

¿Recuerda el ejemplo del vaso de agua que cae desde el principio? La entropía también aumentó como resultado de este proceso espontáneo, porque el punto final (un vaso roto con agua derramada en el suelo) está más desordenado que el punto inicial (un vaso de agua en la mano). De hecho, para cualquier proceso espontáneo aumentará el desorden general.

Congelación y fusión

El derretimiento del hielo para convertirse en líquido a temperatura ambiente tiene sentido como un proceso espontáneo, ya que el agua líquida está más desordenada que el hielo. Entonces, ¿por qué el agua que pasa de un líquido a un sólido por debajo del punto de congelación también es un proceso espontáneo? Puede resultar confuso al principio, ya que el hielo tiene una estructura más ordenada que el agua, lo que significa que la entropía del agua disminuye cuando se congela.

Aún así, esto no rompe la segunda ley de la termodinámica, porque la entropía total (la entropía del agua más la entropía de su entorno) aumenta como resultado de la congelación. Cuando el agua líquida se congela, se libera energía (en forma de calor) al entorno, lo que provoca un aumento de la entropía del entorno. Resulta que la entropía total aumenta ya que el aumento de entropía del entorno es mayor que la disminución de entropía del agua, por lo que el agua se congelará espontáneamente por debajo de la temperatura de congelación.

Resumen de la lección

Un proceso espontáneo es un proceso que ocurre sin intervención externa. Si un proceso es espontáneo, el proceso inverso no es espontáneo. Por ejemplo, un terrón de azúcar se disolverá espontáneamente en agua caliente, pero el azúcar disuelto no se separará espontáneamente del agua para formar un terrón de azúcar. También es importante recordar que los procesos espontáneos pueden ser rápidos (como hacer palomitas de maíz en un microondas) o lentos (como la oxidación de un clavo de hierro).

Según la segunda ley de la termodinámica , que establece que la entropía del universo aumenta para cualquier proceso espontáneo, la entropía (o una medida de desorden) del universo aumenta para todos los procesos espontáneos.