自発的な吸熱プロセスの2つの例

自発的な反応は、エネルギーの正味の入力なしで発生します。 反応が発熱性であるか吸熱性であるかなど、多くの要因が反応が自発的であるかどうかに影響を与えます。 障害またはエントロピーの増加をもたらす発熱反応は、常に自発的です。 一方、秩序の増加をもたらす吸熱反応は決して自発的ではありません。 それにもかかわらず、特定の化合物の溶解または混合を伴う多くの反応は、自発的かつ吸熱的です。

エンタルピーとエントロピーの変化は、反応の自発性に影響を与える2つの量です。 反応のエンタルピーの変化は、一般に反応の熱の変化として理解することができます。 この変化が負の場合、システムは熱エネルギーを放出します。 反応は発熱性です。 エンタルピーの変化が正の場合、システムは熱エネルギーを吸収します。 反応は吸熱反応です。 自発性に影響を与えるもう1つの要因は、反応のエントロピーの変化です。 エントロピーは、ランダム性または無秩序を説明するために使用される用語です。 無秩序の増加がある場合、エントロピーの変化は正です。 無秩序が減少した場合、エントロピーの変化は負になります。

反応が自発的であるかどうかを定義する量は、 ギブズの自由エネルギー. ギブズの自由エネルギーは、システムのエンタルピーの変化からシステムの温度とエントロピーの変化の積を差し引くことによって計算されます。 （「システム」という言葉は「反応」という言葉に置き換えることができます。）この結果が否定的である場合、反応は自発的です。 したがって、吸熱反応が自発的になるためには、温度とエントロピーの変化の積がエンタルピーの変化よりも大きくなければなりません。

硝酸アンモニウム塩は水に溶けると、周囲から熱を消費します。 これは吸熱プロセスです。 これが発生すると、コンテナとその周辺は触ると非常に冷たく感じることがあります。 このため、コールドパックには硝酸アンモニウムが使用されています。 このプロセスでは、エンタルピーの変化は正です。 ただし、エントロピーの変化も正です。 システムはより無秩序になります。 このエントロピーの変化は十分に大きいため、ギブズの自由エネルギー方程式の温度とエントロピーの変化の数学的積は、エンタルピーの変化よりも大きくなります。 したがって、ギブズの自由エネルギーは負であり、反応は自発的です。

固体の水酸化バリウム八水和物と固体のチオシアン酸アンモニウムの間の反応は吸熱性で自発的です。 この反応の生成物の2つは、アンモニアガスと液体の水です。 固体から気体と液体の両方へのこれらの相変化は、反応にエントロピーの正の変化を与えます。 これらの変化により、システムの無秩序性が高まります。気体と液体は、固体よりも無秩序性が高くなります。 繰り返しますが、この無秩序の増加はエンタルピーの変化を克服し、反応は自発的です。