Le reazioni spontanee si verificano senza alcun apporto netto di energia. Molti fattori influenzano se una reazione è spontanea, incluso se la reazione è esotermica o endotermica. Le reazioni esotermiche che provocano un aumento del disordine, o entropia, saranno sempre spontanee. D'altra parte, le reazioni endotermiche che determinano un aumento dell'ordine non sono mai spontanee. Tuttavia, un certo numero di reazioni che comportano la dissoluzione o la miscelazione di determinati composti sono sia spontanee che endotermiche.
Entalpia ed entropia
Le variazioni di entalpia ed entropia sono due quantità che influenzano la spontaneità di una reazione. La variazione di entalpia di una reazione può essere generalmente intesa come la variazione di calore di una reazione. Se questa variazione è negativa, il sistema cede energia termica; la reazione è esotermica. Se la variazione di entalpia è positiva, il sistema assorbe energia termica; la reazione è endotermica. Un altro fattore che influenza la spontaneità è il cambiamento di entropia di una reazione. Entropia è un termine usato per descrivere casualità o disordine. Se c'è un aumento del disordine, la variazione dell'entropia è positiva. Se c'è una diminuzione del disordine, la variazione dell'entropia è negativa.
Energia libera di Gibbs
La quantità che definisce se una reazione è spontanea si chiama Energia libera di Gibbs. L'energia libera di Gibbs viene calcolata sottraendo il prodotto della temperatura di un sistema e la variazione di entropia dalla variazione di entalpia del sistema. (La parola "sistema" può essere sostituita dalla parola "reazione".) Se questo risultato è negativo, la reazione è spontanea. Pertanto, affinché una reazione endotermica sia spontanea, il prodotto tra la temperatura e la variazione di entropia deve essere maggiore della variazione di entalpia.
Dissoluzione del nitrato di ammonio
Quando il nitrato di ammonio sale si dissolve in acqua, consuma calore dall'ambiente circostante; questo è un processo endotermico. Il contenitore e l'ambiente circostante possono risultare molto freddi al tatto quando ciò accade. Per questo motivo, il nitrato di ammonio viene utilizzato negli impacchi freddi. In questo processo, la variazione di entalpia è positiva. Tuttavia, anche la variazione di entropia è positiva; il sistema diventa più disordinato. Questa variazione di entropia è abbastanza grande che il prodotto matematico della temperatura e la variazione di entropia nell'equazione dell'energia libera di Gibbs è maggiore della variazione di entalpia. Pertanto, l'energia libera di Gibbs è negativa e la reazione è spontanea.
Idrossido di bario e tiocianato di ammonio
La reazione tra idrossido di bario solido ottaidrato e tiocianato di ammonio solido è endotermica e spontanea. Due dei prodotti in questa reazione sono gas di ammoniaca e acqua liquida. Questi cambiamenti di fase da solido a gas e liquido danno alla reazione un cambiamento positivo nell'entropia. Il disordine del sistema aumenta a causa di questi cambiamenti: i gas e i liquidi hanno più disordine dei solidi. Anche in questo caso, questo aumento del disturbo supera il cambiamento di entalpia e la reazione è spontanea.