Dois exemplos de processos endotérmicos que são espontâneos

As reações espontâneas ocorrem sem qualquer entrada líquida de energia. Muitos fatores influenciam se uma reação é espontânea, incluindo se a reação é exotérmica ou endotérmica. As reações exotérmicas que resultam em aumento da desordem, ou entropia, serão sempre espontâneas. Por outro lado, as reações endotérmicas que resultam em um aumento da ordem nunca são espontâneas. No entanto, várias reações que envolvem a dissolução ou a mistura de certos compostos são espontâneas e endotérmicas.

Mudanças na entalpia e na entropia são duas grandezas que afetam a espontaneidade de uma reação. A mudança na entalpia de uma reação pode ser geralmente entendida como a mudança no calor de uma reação. Se essa mudança for negativa, o sistema emite energia térmica; a reação é exotérmica. Se a mudança na entalpia for positiva, o sistema absorve energia térmica; a reação é endotérmica. Outro fator que afeta a espontaneidade é a mudança de entropia de uma reação. Entropia é um termo usado para descrever aleatoriedade ou desordem. Se houver um aumento na desordem, a mudança na entropia é positiva. Se houver uma diminuição na desordem, a mudança na entropia é negativa.

A quantidade que define se uma reação é espontânea é chamada de Gibbs energia livre. A energia livre de Gibbs é calculada subtraindo o produto da temperatura de um sistema e a mudança na entropia da mudança na entalpia do sistema. (A palavra "sistema" pode ser substituída pela palavra "reação".) Se esse resultado for negativo, a reação é espontânea. Portanto, para que uma reação endotérmica seja espontânea, o produto da temperatura e da mudança na entropia deve ser maior do que a mudança na entalpia.

Quando o sal nitrato de amônio se dissolve na água, ele consome o calor do ambiente; este é um processo endotérmico. O recipiente e os arredores podem ficar muito frios ao toque quando isso acontece. Por esse motivo, o nitrato de amônio é usado em compressas frias. Nesse processo, a variação da entalpia é positiva. No entanto, a mudança na entropia também é positiva; o sistema fica mais desordenado. Essa mudança na entropia é grande o suficiente para que o produto matemático da temperatura e da mudança na entropia na equação da energia livre de Gibbs seja maior do que a mudança na entalpia. Portanto, a energia livre de Gibbs é negativa e a reação é espontânea.

A reação entre o hidróxido de bário sólido octa-hidratado e o tiocianato de amônio sólido é endotérmica e espontânea. Dois dos produtos dessa reação são o gás amônia e a água líquida. Essas mudanças de fase de sólida para gasosa e líquida dão à reação uma mudança positiva na entropia. A desordem do sistema aumenta devido a essas mudanças - gases e líquidos têm mais desordem do que sólidos. Novamente, esse aumento no distúrbio supera a mudança na entalpia e a reação é espontânea.