Spontaneous Process   자발적 과정, 자발적 화학 반응, 자발적 화학 과정

(2023-05-18)

자발적 변화 과정


1. 자발적 과정, 자발적 변화 (Spontaneous Process)의 외부로부터 `에너지 공급`이 없어도, `특정 조건` 하에서 스스로 발생/변화하는 것을 말함
     - 어떤 조건에서 (系) 스스로 화학적 변화(화학 반응)를 하는 현상
     - 어떤 과정이 외부 도움 없이 자발적으로 일어나는 과정


2. 자발적 과정의 특징

  ㅇ 자연계의 자발성은, 수많은 분자들의 통계무작위성(엔트로피)에 기인함

  ㅇ 여기서, 주어진 조건 하에서, 자발적 과정의 진행 특성은?
     - 특정한 한쪽 방향으로 만 일어남
        . 전체적으로는 항상 엔트로피의 증가로 나타남 
     - 항상 비 가역적(Reversible) 임 
        . 즉, 자발적 과정을 되돌릴 수는 없음
     - 외부 도움 없이 평형을 이루려는 방향으로 만 일어남
     - 대부분, 매우 천천히 일어나서, 감지할 수 없는 경우가 많음


3. 자발적 과정 여부에 대한 고려 요소

  ㅇ 비록, 자발적 과정 대부분이, 발열과정이지만 항상 그런 것이 아님
     - 例) 0℃ 이상에서, 얼음은 자발적으로 녹지만, 이때는 흡열과정 임
  ㅇ 온도,압력 등에 따라 자발적일수도 비자발적일수도 있음
     - 따라서, 일정 온도,압력 하에서, 
     - 아래 4.항 처럼, 자유에너지의 변화의 부호로써, 자발성 여부를 판단함 
  ㅇ 대부분, 매우 천천히 일어나나,
     - 촉매,효소 등의 존재시 매우 빠르게 진행될 수 있음
 

4. 자발적 과정의 판단 척도 (어떤 경우의 과정에 대해, 자발성의 예측)주위를 합한 경우에, 
     - 우주 전체적으로, 항상 총 엔트로피의 증가가 일어나고 있음 (열역학 제2법칙) 
        . ΔS전체 > 0 : 자발적 (비 가역적)
           .. ΔS전체 = ΔS + ΔS주위 > 0
     - 특정 범위에서,
        . ΔS > 0 : 자발적  (비 가역적)
        . ΔS = 0 : 열역학 평형 (가역적)
        . ΔS < 0 : 비 자발적 (비 가역적)

  ㅇ 주위와는 별개로  만 대상으로 하는 경우에,
     - 자발성을 판단하기 쉽지 않아서, 자발성 판단의 척도로써,
     - `자유에너지의 변화량(ΔG = ΔH - TΔS)`을 고려 함
        .  ΔG < 0 : 자발적 (비 가역적)
           .. 이 과정 중에 유용한 을 하도록 허용된 에너지량을 나타냄
        .  ΔG = 0 : 열역학 평형 (가역적)
        .  ΔG > 0 : 비 자발적 (비 가역적)
           .. 이 과정 중에 필요한 의 량을 나타냄
     - 즉, 일정 온도,압력 하에서, 일어난 과정 중에,
        . 행해진 의 량은, 
        . 그 만큼에 해당하는 자유에너지의 변화량 임

화학반응
   1. 화학 반응   2. 화학반응 용어   3. 발열/흡열 반응   4. 자발적 과정   5. 자유 에너지   6. 결합 엔탈피  
열역학 2법칙
   1. 열역학 2법칙   2. 엔트로피   3. 자발적 과정  


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