Twee voorbeelden van endotherme processen die spontaan zijn

Spontane reacties vinden plaats zonder enige netto-input van energie. Veel factoren beïnvloeden of een reactie spontaan is, inclusief of de reactie exotherm of endotherm is. Exotherme reacties die resulteren in verhoogde wanorde of entropie, zullen altijd spontaan zijn. Aan de andere kant zijn endotherme reacties die resulteren in een toename van de volgorde nooit spontaan. Niettemin zijn een aantal reacties waarbij bepaalde verbindingen worden opgelost of gemengd, zowel spontaan als endotherm.

Veranderingen in enthalpie en entropie zijn twee grootheden die de spontaniteit van een reactie beïnvloeden. De verandering in enthalpie van een reactie kan in het algemeen worden opgevat als de verandering in warmte van een reactie. Als deze verandering negatief is, geeft het systeem warmte-energie af; de reactie is exotherm. Als de verandering in enthalpie positief is, absorbeert het systeem warmte-energie; de reactie is endotherm. Een andere factor die de spontaniteit beïnvloedt, is de verandering van een reactie in entropie. Entropie is een term die wordt gebruikt om willekeur of wanorde te beschrijven. Als er een toename van wanorde is, is de verandering in entropie positief. Als er een afname van wanorde is, is de verandering in entropie negatief.

De hoeveelheid die bepaalt of een reactie spontaan is, wordt de Gibbs gratis energie. Gibbs vrije energie wordt berekend door het product van de temperatuur van een systeem en de verandering in entropie af te trekken van de verandering in enthalpie van het systeem. (Het woord "systeem" kan worden vervangen door het woord "reactie.") Als dit resultaat negatief is, is de reactie spontaan. Daarom, om een ​​endotherme reactie spontaan te laten zijn, moet het product van de temperatuur en de verandering in entropie groter zijn dan de verandering in enthalpie.

Wanneer het zout ammoniumnitraat in water oplost, verbruikt het warmte uit de omgeving; dit is een endotherm proces. De container en de omgeving kunnen erg koud aanvoelen wanneer dit gebeurt. Om deze reden wordt ammoniumnitraat gebruikt in coldpacks. In dit proces is de verandering in enthalpie positief. De verandering in entropie is echter ook positief; het systeem wordt meer wanordelijk. Deze verandering in entropie is groot genoeg dat het wiskundige product van de temperatuur en verandering in entropie in de Gibbs vrije-energievergelijking groter is dan de verandering in enthalpie. Daarom is de vrije energie van Gibbs negatief en is de reactie spontaan.

De reactie tussen vast bariumhydroxide-octahydraat en vast ammoniumthiocyanaat is endotherm en spontaan. Twee van de producten in deze reactie zijn ammoniakgas en vloeibaar water. Deze faseveranderingen van vast naar zowel gas als vloeistof geven de reactie een positieve verandering in entropie. De wanorde van het systeem neemt toe als gevolg van deze veranderingen - gassen en vloeistoffen hebben meer wanorde dan vaste stoffen. Nogmaals, deze toename van wanorde overwint de verandering in enthalpie, en de reactie is spontaan.