Spontán reakciók nettó energia bevitel nélkül fordulnak elő. Számos tényező befolyásolja, hogy a reakció spontán, beleértve azt is, hogy a reakció exoterm vagy endoterm. Az exoterm reakciók, amelyek fokozott rendellenességet vagy entrópiát eredményeznek, mindig spontánok lesznek. Másrészt az endoterm reakciók, amelyek a sorrend növekedését eredményezik, soha nem spontánok. Ennek ellenére számos olyan reakció, amely bizonyos vegyületek feloldásával vagy keverésével jár, spontán és endoterm.
Az entalpia és az entrópia
Az entalpia és az entrópia változásai két olyan mennyiség, amelyek befolyásolják a reakció spontaneitását. A reakció entalpiájának változása általában a reakció hőjének változásaként értelmezhető. Ha ez a változás negatív, a rendszer hőenergiát ad le; a reakció exoterm. Ha az entalpia változása pozitív, a rendszer elnyeli a hőenergiát; a reakció endoterm. A spontaneitást befolyásoló másik tényező a reakció változása az entrópiában. Az entrópia a véletlenszerűség vagy rendellenesség leírására használt kifejezés. Ha fokozódik a rendellenesség, akkor az entrópia változása pozitív. Ha csökken a rendellenesség, akkor az entrópia változása negatív.
Gibbs szabad energia
Azt a mennyiséget, amely meghatározza, hogy a reakció spontán, -nek nevezzük Gibbs szabad energia. A Gibbs-féle szabad energiát úgy számítják ki, hogy a rendszer hőmérsékletének és az entrópia változásának szorzatát kivonják a rendszer entalpia-változásából. (A "rendszer" szó helyettesíthető a "reakció" szóval.) Ha ez az eredmény negatív, a reakció spontán. Ezért ahhoz, hogy az endoterm reakció spontán legyen, a hőmérséklet és az entrópia változásának szorzatának nagyobbnak kell lennie, mint az entalpia változása.
Oldó ammónium-nitrát
Amikor a só-ammónium-nitrát vízben oldódik, a környezetéből származó hőt emészti fel; ez egy endoterm folyamat. Ha ez megtörténik, a tartály és a környezete nagyon hideg lehet. Emiatt az ammónium-nitrátot hideg csomagokban használják. Ebben a folyamatban az entalpia változása pozitív. Az entrópia változása azonban szintén pozitív; a rendszer rendezetlenebbé válik. Ez az entrópiaváltozás elég nagy ahhoz, hogy a hőmérséklet és az entrópia változásának matematikai szorzata a Gibbs-féle szabad energiaegyenletben nagyobb legyen, mint az entalpia változása. Ezért a Gibbs-féle szabad energia negatív, és a reakció spontán.
Bárium-hidroxid és ammónium-tiocianát
A szilárd bárium-hidroxid-oktahidrát és a szilárd ammónium-tiocianát reakciója endoterm és spontán. Ebben a reakcióban két termék ammóniagáz és folyékony víz. Ezek a fázisváltozások szilárdról gázra és folyadékra egyaránt pozitív változást adnak a reakciónak az entrópiában. A rendszer rendellenessége e változások miatt fokozódik - a gázok és folyadékok rendellenességei nagyobbak, mint a szilárd anyagoké. Ez a rendellenesség növekedése ismét legyőzi az entalpia változását, és a reakció spontán.