Exemples de processus qui ne sont spontanés qu'au-dessus ou en dessous d'une certaine température
La transition de phase de l'eau du solide (glace) au liquide
H2O (s) → H2O (l)
L'enthalpie de cette réaction est positive car la fonte de la glace nécessite de la chaleur. L'entropie de cette réaction est positive car les molécules d'eau à l'état liquide ont un degré de liberté plus élevé que les molécules d'eau enfermées dans le réseau cristallin de la glace solide.
Étant donné que l'énergie libre de Gibbs est calculée par l'équation ΔG = ΔH - TΔS, lorsque la température est nulle ΔG > 0, car si T=0, alors ΔG = ΔH. C'est logique : la glace ne fond pas spontanément à très basse température.
Au fur et à mesure que la température augmente, ΔH et TΔS vont se rapprocher en magnitude jusqu'à ce qu'à une certaine température ΔH = TΔS. À ce moment-là, ΔG = 0 et la réaction sera à l'équilibre. Cette température, bien sûr, se situe à 0 °C (273,16 K) où la glace et l'eau liquide sont en équilibre.
Une fois que la température a augmenté au-delà de la température d'équilibre, ΔH < TΔS, ce qui donnera ΔG < 0. Ceci est également logique : la glace fondra spontanément à des températures supérieures à 0 °C.
La rouille du fer
La rouille du fer est la réaction du fer avec l'oxygène pour former de l'oxyde ferreux :
4 Fe + 3 O2 --> 2 Fe2O3
L'enthalpie de cette réaction est négative car la réaction dégage de la chaleur. L'entropie de cette réaction est négative car le nombre de molécules diminue (de sept au total sur le côté gauche de la flèche à deux sur le côté droit de la flèche).
Étant donné que l'énergie libre de Gibbs est calculée par l'équation ΔG = ΔH - TΔS, à basse température ΔG > 0, car le terme ΔH < TΔS. Au fur et à mesure que la température augmente, ΔH et TΔS vont se rapprocher en magnitude jusqu'à ce qu'à une certaine température ΔH = TΔS. À ce moment-là, ΔG = 0 et la réaction sera à l'équilibre.
Dès que la température a augmenté au-delà de la température d'équilibre ΔH > TΔS, ce qui donnera ΔG > 0. À une température suffisamment élevée, la réaction cesse d'être spontanée.