Spontanéité de la réaction

Un processus spontané est un processus qui se produit naturellement dans certaines conditions. Par contre, un processus non spontané ne se produit que s’il est “ forcé ” par l’apport continu d’énergie provenant d’une source externe. Les processus ont une tendance naturelle à se produire dans un sens dans un ensemble de conditions donné. L’eau s’écoule naturellement en descente (processus spontané), mais sa propagation en montée (processus non spontané) nécessite une intervention extérieure, comme l’utilisation d’une pompe. Le fer exposé à l’atmosphère terrestre se corrodera (processus spontané), mais la rouille n’est pas transformée en fer (processus non spontané) sans traitement chimique intentionnel. Un processus qui est spontané dans un sens dans un ensemble particulier de conditions n’est pas spontané dans le sens inverse. À la température ambiante et à la pression atmosphérique usuelle, par exemple, la glace fond spontanément, mais l’eau ne gèle pas spontanément.

La spontanéité est indépendante de la vitesse de réaction

La spontanéité d’un processus n’est pas corrélée à la vitesse du processus. Bien qu’un catalyseur puisse être utilisé pour accélérer ou ralentir un processus, sa présence n’influence pas la spontanéité : les réactions non spontanées ne peuvent pas devenir spontanées à l’aide d’un catalyseur. Une transformation spontanée peut être si rapide qu’elle est essentiellement instantanée ou si lente qu’elle ne peut pas être observée sur une période de temps commode. Pour illustrer ce concept, considérons la désintégration des isotopes radioactifs. La désintégration radioactive est, par définition, un processus spontané dans lequel les noyaux d’isotopes instables émettent des radiations lorsqu’ils sont convertis en noyaux plus stables. Tous les processus de désintégration se produisent spontanément, mais les vitesses de désintégration des différents isotopes varient considérablement. Le technétium 99m est un radioisotope prisé pour les analyses d’imagerie médicale qui subit une désintégration relativement rapide et présente une demi-vie d’environ six heures. L’uranium 238 est l’isotope le plus abondant de l’uranium, et sa désintégration se produit beaucoup plus lentement, avec une demi-vie de plus de quatre milliards d’années.

Dispersion de la matière et de l’énergie

Considérons un système isolé composé de deux fioles reliées par une vanne fermée. Au départ, il y a un gaz parfait dans une fiole et l’autre fiole est vide. Lorsque la vanne est ouverte, le gaz se détend spontanément pour remplir les deux fioles de manière égale. Puisque le système est isolé, aucune chaleur n’a été échangée avec l’environnement. La spontanéité de ce processus n’est donc pas la conséquence d’une variation d’énergie accompagnant le processus. Au lieu de cela, la force motrice semble être liée à la dispersion plus grande et plus uniforme de la matière qui se produit lorsqu’on permet au gaz de se propager.

Considérons maintenant deux objets à des températures différentes : l’objet X à la température T_X et l’objet Y à la température T_Y, avec T_X > T_Y. Lorsque ces objets entrent en contact, la chaleur se propage spontanément de l’objet le plus chaud (X) vers l’objet le plus froid (Y). Cela correspond à une perte d’énergie thermique pour X et un gain d’énergie thermique pour Y. Du point de vue de ce système à deux objets, il n’y a pas eu de gain ou de perte nette d’énergie thermique ; au contraire, l’énergie thermique disponible a été répartie entre les deux objets. Ce processus spontané a entraîné une dispersion plus uniforme de l’énergie.

Comme l’ont démontré les deux processus, un facteur important dans la détermination de la spontanéité d’un processus est la mesure dans laquelle il modifie la dispersion ou la distribution de la matière et/ou de l’énergie. Dans chaque cas, un processus spontané a eu lieu, ce qui a entraîné une répartition plus uniforme de la matière ou de l’énergie.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Chapitre 16.1 : Spontanéité.