التلقائيّة

العملية التلقائية هي تلك التي تحدث بشكل طبيعي في ظل ظروف معينة. ومن ناحية أخرى، لن تحدث عملية غير تلقائية ما لم تكن “مدفوعة” بإدخال مستمر للطاقة من مصدر خارجي . تميل العمليات بشكل طبيعي إلى الحدوث في اتجاه واحد في ظل مجموعة معينة من الظروف. سوف يتدفق الماء بشكل طبيعي إلى أسفل (عملية تلقائية)، ولكن التدفق صعوداً (عملية غير تلقائية) يتطلب تدخلاً خارجياً مثل استخدام مضخة. يتصدّأ الحديد عند تعرّضه للغلاف الجوي للأرض’ (عملية تلقائية)، لكن الصدأ لا يتحول إلى حديد (عملية غير تلقائية) بدون معالجة كيميائية مقصودة، فالعملية التلقائية في اتجاه واحد في ظل مجموعة معينة من الظروف تكون غير تلقائية في الاتجاه العكسي. في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي المعتاد، على سبيل المثال، سيذوب الجليد تلقائياً، لكن الماء لن يتجمد تلقائيًا.

العملية التلقائية مستقلة عن معدل التفاعل

العملية التلقائية غير مرتبطة بسرعة العملية. بينما بالامكان استخدام محفز لتسريع أو إبطاء عملية ما، لكن وجوده لا يؤثر على العفوية: لا يمكن إجراء تفاعلات غير تلقائية باستخدام محفز. قد يكون التغيير التلقائي سريعاً لدرجة أنه فوري بشكل أساسي أو بطيء جداً بحيث لا يمكن ملاحظته خلال أي فترة زمنية عملية. لتوضيح هذا المفهوم، ضع في اعتبارك اضمحلال النظائر المشعة. يعد التحلل الإشعاعي، بحكم التعريف، عملية عفوية تصدر فيها نوى النظائر غير المستقرة إشعاعات أثناء تحويلها إلى نوى أكثر استقرارًا. تحدث جميع عمليات الاضمحلال بشكل عفوي، لكن معدلات تحلل النظائر المختلفة تختلف اختلافًا كبيراً. يعتبر تيكنيتيوم-99m نظيرًا مشعًا شائعًا لدراسات التصوير الطبي الذي يخضع لاضمحلال سريع نسبياً وله نصف عمر حوالي ست ساعات. يعتبر اليورانيوم-238 أكثر نظائر اليورانيوم وفرة، ويحدث تحلله بشكل أبطأ بكثير، حيث يبلغ نصف العمر أكثر من أربعة مليارات سنة.

تشتت المادة والطاقة

ضع في اعتبارك نظاماً معزولاً يتكون من قوارير متصلة بصمام مغلق. في البداية، يوجد غاز مثالي في دورق واحد، بينما يكون الدورق الآخر فارغًا. عندما يتم فتح الصمام، يتمدد الغاز تلقائياً لملء كلا القوارير بالتساوي. منذ أن تم عزل النظام، لم يتم تبادل الحرارة مع المناطق المحيطة. وبالتالي، فإن تلقائية هذه العملية ليست نتيجة لأي تغيير في الطاقة المصاحب للعملية. بدلاً من ذلك، يبدو أن القوة الدافعة مرتبطة بالتشتت الأكبر والأكثر تناسقاً للمادة الذي ينتج عندما يُسمح للغاز بالتمدد.

ضع في اعتبارك الآن كائنين عند درجات حرارة مختلفة: الجسم X عند درجة الحرارة T_X والكائن Y عند درجة الحرارة T_Y، مع T_X > T_Y. عندما تتلامس هذه الأجسام، تتدفق الحرارة تلقائياً من الجسم الأكثر سخونة (X) إلى الجسم الأكثر برودة (Y). هذا يتوافق مع فقدان الطاقة الحرارية بواسطة X واكتساب الطاقة الحرارية بواسطة Y. من منظور هذا النظام ثنائي الجسم، لم يكن هناك صافي ربح أو فقدان للطاقة الحرارية ؛ بدلا من ذلك، تم إعادة توزيع الطاقة الحرارية المتاحة بين الجسمين. أدت هذه العملية التلقائية إلى تشتت أكثر اتساقًا للطاقة.

كما يتضح من العمليتين، فإن العامل المهم في تحديد عفوية العملية هو مدى تغييرها لتشتت أو توزيع المادة و / أو الطاقة. في كل حالة ، حدثت عملية عفوية أدت إلى توزيع أكثر اتساقًا للمادة أو الطاقة.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Chapter 16.1: Spontaneity.