Reacțiile spontane apar fără nici un aport net de energie. Mulți factori influențează dacă reacția este spontană, inclusiv dacă reacția este exotermă sau endotermă. Reacțiile exoterme care duc la creșterea tulburării sau entropiei vor fi întotdeauna spontane. Pe de altă parte, reacțiile endotermice care duc la o creștere a ordinii nu sunt niciodată spontane. Cu toate acestea, o serie de reacții care implică dizolvarea sau amestecarea anumitor compuși sunt atât spontane, cât și endoterme.
Entalpia și Entropia
Modificările entalpiei și entropiei sunt două cantități care afectează spontaneitatea unei reacții. Schimbarea entalpiei unei reacții poate fi în general înțeleasă ca schimbarea căldurii unei reacții. Dacă această modificare este negativă, sistemul degajă energie termică; reacția este exotermă. Dacă modificarea entalpiei este pozitivă, sistemul absoarbe energia termică; reacția este endotermă. Un alt factor care afectează spontaneitatea este schimbarea entropiei unei reacții. Entropia este un termen folosit pentru a descrie întâmplarea sau tulburarea. Dacă există o creștere a tulburării, schimbarea entropiei este pozitivă. Dacă există o scădere a tulburării, schimbarea entropiei este negativă.
Energie liberă Gibbs
Cantitatea care definește dacă o reacție este spontană se numește Energie liberă Gibbs. Energia liberă Gibbs este calculată prin scăderea produsului din temperatura unui sistem și schimbarea entropiei din schimbarea sistemului de entalpie. (Cuvântul „sistem” poate fi înlocuit cu cuvântul „reacție”.) Dacă acest rezultat este negativ, reacția este spontană. Prin urmare, pentru ca o reacție endotermă să fie spontană, produsul temperaturii și al modificării entropiei trebuie să fie mai mare decât modificarea entalpiei.
Dizolvarea nitratului de amoniu
Când nitratul de sare de amoniu se dizolvă în apă, consumă căldură din împrejurimi; acesta este un proces endoterm. Recipientul și împrejurimile se pot simți foarte reci la atingere atunci când se întâmplă acest lucru. Din acest motiv, azotatul de amoniu este utilizat în ambalaje reci. În acest proces, schimbarea entalpiei este pozitivă. Cu toate acestea, schimbarea entropiei este, de asemenea, pozitivă; sistemul devine mai dezordonat. Această modificare a entropiei este suficient de mare încât produsul matematic al temperaturii și modificarea entropiei în ecuația energiei libere Gibbs este mai mare decât modificarea entalpiei. Prin urmare, energia liberă Gibbs este negativă, iar reacția este spontană.
Hidroxid de bariu și tiocianat de amoniu
Reacția dintre hidroxidul de bariu solid octahidrat și tiocianatul de amoniu solid este endotermă și spontană. Două dintre produsele din această reacție sunt amoniac gazos și apă lichidă. Aceste schimbări de fază de la solid la gaz și lichid dau reacției o schimbare pozitivă a entropiei. Tulburarea sistemului crește datorită acestor modificări - gazele și lichidele au mai multe tulburări decât solidele. Din nou, această creștere a tulburării depășește modificarea entalpiei, iar reacția este spontană.