Спонтанните реакции възникват без никакъв нетен принос на енергия. Много фактори влияят върху това дали реакцията е спонтанна, включително дали реакцията е екзотермична или ендотермична. Екзотермичните реакции, които водят до повишено разстройство или ентропия, винаги ще бъдат спонтанни. От друга страна, ендотермичните реакции, които водят до увеличаване на реда, никога не са спонтанни. Независимо от това, редица реакции, които включват разтваряне или смесване на определени съединения, са както спонтанни, така и ендотермични.
Енталпия и ентропия
Промените в енталпията и ентропията са две величини, които влияят върху спонтанността на реакцията. Промяната в енталпията на реакцията обикновено може да се разбира като промяна в топлината на реакцията. Ако тази промяна е отрицателна, системата дава топлинна енергия; реакцията е екзотермична. Ако промяната в енталпията е положителна, системата абсорбира топлинна енергия; реакцията е ендотермична. Друг фактор, който влияе върху спонтанността, е промяната на ентропията на реакцията. Ентропията е термин, използван за описване на случайност или разстройство. Ако има нарастване на разстройството, промяната в ентропията е положителна. Ако има намаляване на разстройството, промяната в ентропията е отрицателна.
Безплатна енергия на Гибс
Количеството, което определя дали реакцията е спонтанна, се нарича Безплатна енергия на Гибс. Свободната енергия на Гибс се изчислява чрез изваждане на произведението на температурата на системата и промяната в ентропията от промяната в енталпията на системата. (Думата „система“ може да бъде заменена с думата „реакция“.) Ако този резултат е отрицателен, реакцията е спонтанна. Следователно, за да може една ендотермична реакция да бъде спонтанна, произведението на температурата и промяната в ентропията трябва да е по-голямо от промяната в енталпията.
Разтваряне на амониев нитрат
Когато солта амониев нитрат се разтваря във вода, тя изразходва топлина от околността си; това е ендотермичен процес. Съдът и заобикалящата го среда могат да се чувстват много студени на допир, когато това се случи. Поради тази причина амониевият нитрат се използва в студени опаковки. В този процес промяната в енталпията е положителна. Промяната в ентропията обаче също е положителна; системата става по-неподредена. Тази промяна в ентропията е достатъчно голяма, че математическият продукт на температурата и промяната в ентропията в уравнението за свободна енергия на Гибс е по-голям от промяната в енталпията. Следователно, свободната енергия на Гибс е отрицателна и реакцията е спонтанна.
Бариев хидроксид и амониев тиоцианат
Реакцията между твърд бариев хидроксид октахидрат и твърд амониев тиоцианат е ендотермична и спонтанна. Два от продуктите в тази реакция са амонячен газ и течна вода. Тези фазови промени от твърдо на газ и течност дават на реакцията положителна промяна в ентропията. Разстройството на системата се увеличава поради тези промени - газовете и течностите имат повече разстройство, отколкото твърдите вещества. Отново това нарастване на разстройството преодолява промяната в енталпията и реакцията е спонтанна.