Sentido espontáneo de evolución

En la naturaleza, las transformaciones físicas o químicas tienen lugar según un sentido bien determinado, como se deduce de los siguientes ejemplos:

1. Cuando se deja un líquido volátil en un recipiente abierto, el líquido se evapora espontáneamente hacia la atmósfera que le rodea.

2. Unos cristales de cloruro de sodio se disuelven espontáneamente en agua.

3. Cuando se introduce una lámina de cinc en ácido clorhídrico, se forma cloruro de cinc y se desprende de forma espontánea H₂ gas.

En todos estos casos, y en muchos otros, la espontaneidad de la transformación es en un sentido determinado, lo que no indica que la reacción se produzca de manera instantánea.

Se dice que un proceso es reversible cuando el sistema que lo sufre se encuentra en equilibrio durante el mismo, de modo que una variación infinitesimal de las condiciones internas o externas sea suficiente para que el proceso se produzca en un sentido o en el sentido inverso.

Un proceso espontáneo es el que se verifica en un determinado sentido sin ningún aporte de energía, suponiendo que el sistema se encuentre aislado mecánica y térmicamente. Todo proceso espontáneo es capaz de verificar un trabajo. La inversión del proceso espontáneo requiere la realización de un trabajo.

Para otras transformaciones, la espontaneidad puede presentarse en uno y otro sentido de evolución, con sólo variar las condiciones externas o la composición del sistema. Así, por ejemplo, la reacción de esterificación de un ácido orgánico con un alcohol ocurre espontáneamente si las concentraciones de alcohol y ácido son elevadas. Pero la evolución también es espontánea en la reacción de hidrólisis de un éster, si las concentraciones de éster y agua son elevadas. Todo esto nos lleva a la conclusión de que es importante conocer los criterios que permiten prever si una reacción química puede producirse espontáneamente y, en caso afirmativo, poder determinar las proporciones formadas de los productos.

La palabra espontáneo, en sentido ter-modinámico, sólo quiere decir que la transformación es posible. La termodinámica no nos informa sobre el tiempo que debe transcurrir para que la transformación se realice. El tiempo requerido para que una transformación espontánea se produzca hasta lograr su equilibrio no es materia de la termodinámica, sino de la cinética.

A primera vista podría decirse que sólo las reacciones exotérmicas pueden realizarse de manera espontánea, pero existen reacciones químicas espontáneas, tanto exotérmicas como endotérmicas; citemos, como ejemplo, las dos reacciones espontáneas siguientes:

Sabemos, por el primer principio, que si a la reacción de combustión del C₅H₁₂ le corresponde una liberación de 3528 kJ, a la reacción inversa le corresponderá una absorción de 3528 kJ, pero ello no nos dice de ningún modo cuál de las dos reacciones es la reacción espontánea. El primer principio afirma, en efecto, la conservación de la energía, pero no nos dice nada sobre la espontaneidad de una transformación.