Kaks spontaansete endotermiliste protsesside näidet

Spontaansed reaktsioonid toimuvad ilma energia sisendita. Paljud reaktsioonid mõjutavad reaktsiooni spontaansust, sealhulgas see, kas reaktsioon on eksotermiline või endotermiline. Eksotermilised reaktsioonid, mille tulemuseks on suurenenud häire või entroopia, on alati spontaansed. Teisalt ei ole endotermilised reaktsioonid, mille tulemuseks on järjestuse suurenemine, kunagi spontaansed. Sellest hoolimata on mitmed reaktsioonid, mis hõlmavad teatud ühendite lahustamist või segamist, nii spontaansed kui ka endotermilised.

Entalpia ja entroopia muutused on kaks suurust, mis mõjutavad reaktsiooni spontaansust. Reaktsiooni entalpia muutust võib üldiselt mõista kui reaktsiooni soojuse muutust. Kui see muutus on negatiivne, annab süsteem soojusenergiat; reaktsioon on eksotermiline. Kui entalpia muutus on positiivne, neelab süsteem soojusenergiat; reaktsioon on endotermiline. Teine spontaansust mõjutav tegur on reaktsiooni muutus entroopias. Entroopia on termin, mida kasutatakse juhuslikkuse või häirete kirjeldamiseks. Kui häire suureneb, on entroopia muutus positiivne. Kui häire väheneb, on entroopia muutus negatiivne.

Kogust, mis määrab, kas reaktsioon on spontaanne, nimetatakse Gibbsi vaba energia. Gibbsi vaba energia arvutamiseks lahutatakse süsteemi entalpia muutusest süsteemi temperatuuri ja entroopia muutuse korrutis. (Sõna "süsteem" võib asendada sõnaga "reaktsioon".) Kui see tulemus on negatiivne, on reaktsioon spontaanne. Seega, et endotermiline reaktsioon oleks spontaanne, peab temperatuuri ja entroopia muutuste korrutis olema suurem kui entalpia muutus.

Kui soola ammooniumnitraat vees lahustub, tarbib see ümbritsevast soojusenergiat; see on endotermiline protsess. Kui see juhtub, võib konteiner ja ümbrus puudutamisel tunduda väga külm. Sel põhjusel kasutatakse ammooniumnitraati külmkottides. Selles protsessis on entalpia muutus positiivne. Ent entroopia muutus on ka positiivne; süsteem muutub korratumaks. See entroopia muutus on piisavalt suur, et temperatuuri ja entroopia muutuse matemaatiline korrutis Gibbsi vaba energia võrrandis on suurem kui entalpia muutus. Seetõttu on Gibbsi vaba energia negatiivne ja reaktsioon on spontaanne.

Tahke baariumhüdroksiidoktahüdraadi ja tahke ammooniumtiotsüanaadi vaheline reaktsioon on endotermiline ja spontaanne. Kaks selle reaktsiooni produkti on gaasiline ammoniaak ja vedel vesi. Need faasimuutused tahkest nii gaasiks kui vedelaks annavad reaktsioonile entroopias positiivse muutuse. Nende muutuste tõttu suureneb süsteemi häire - gaasides ja vedelikes on rohkem häireid kui tahketes. Jällegi võidab see häire suurenemine entalpia muutuse ja reaktsioon on spontaanne.