Las reacciones espontáneas ocurren sin ningún aporte neto de energía. Muchos factores influyen en si una reacción es espontánea, incluido si la reacción es exotérmica o endotérmica. Las reacciones exotérmicas que provocan un aumento del desorden, o entropía, siempre serán espontáneas. Por otro lado, las reacciones endotérmicas que dan como resultado un aumento del orden nunca son espontáneas. Sin embargo, una serie de reacciones que implican disolver o mezclar ciertos compuestos son tanto espontáneas como endotérmicas.
Entalpía y entropía
Los cambios en la entalpía y la entropía son dos cantidades que afectan la espontaneidad de una reacción. El cambio de entalpía de una reacción puede entenderse generalmente como el cambio de calor de una reacción. Si este cambio es negativo, el sistema emite energía térmica; la reacción es exotérmica. Si el cambio de entalpía es positivo, el sistema absorbe energía térmica; la reacción es endotérmica. Otro factor que afecta la espontaneidad es el cambio de entropía de una reacción. La entropía es un término que se utiliza para describir la aleatoriedad o el desorden. Si hay un aumento del desorden, el cambio de entropía es positivo. Si hay una disminución del desorden, el cambio en la entropía es negativo.
Energía libre de Gibbs
La cantidad que define si una reacción es espontánea se llama Energía libre de Gibbs. La energía libre de Gibbs se calcula restando el producto de la temperatura de un sistema y el cambio de entropía del cambio de entalpía del sistema. (La palabra "sistema" puede reemplazarse por la palabra "reacción"). Si este resultado es negativo, la reacción es espontánea. Por lo tanto, para que una reacción endotérmica sea espontánea, el producto de la temperatura y el cambio de entropía debe ser mayor que el cambio de entalpía.
Disolver el nitrato de amonio
Cuando la sal nitrato de amonio se disuelve en agua, consume calor de su entorno; este es un proceso endotérmico. El recipiente y sus alrededores pueden sentirse muy fríos al tacto cuando esto sucede. Por esta razón, el nitrato de amonio se utiliza en compresas frías. En este proceso, el cambio de entalpía es positivo. Sin embargo, el cambio de entropía también es positivo; el sistema se vuelve más desordenado. Este cambio de entropía es lo suficientemente grande como para que el producto matemático de la temperatura y el cambio de entropía en la ecuación de energía libre de Gibbs sea mayor que el cambio de entalpía. Por lo tanto, la energía libre de Gibbs es negativa y la reacción es espontánea.
Hidróxido de bario y tiocianato de amonio
La reacción entre el hidróxido de bario sólido octahidratado y el tiocianato de amonio sólido es endotérmica y espontánea. Dos de los productos de esta reacción son gas amoniaco y agua líquida. Estos cambios de fase de sólido a gas y líquido dan a la reacción un cambio positivo en la entropía. El desorden del sistema aumenta debido a estos cambios: los gases y los líquidos tienen más desorden que los sólidos. De nuevo, este aumento del desorden supera el cambio de entalpía y la reacción es espontánea.