Spontana reaktioner inträffar utan någon nettotillförsel av energi. Många faktorer påverkar om en reaktion är spontan, inklusive om reaktionen är exoterm eller endoterm. Exoterma reaktioner som leder till ökad störning eller entropi kommer alltid att vara spontana. Å andra sidan är endotermiska reaktioner som resulterar i en ökad ordning aldrig spontana. Ändå är ett antal reaktioner som involverar upplösning eller blandning av vissa föreningar både spontana och endotermiska.
Entalpi och entropi
Förändringar i entalpi och entropi är två mängder som påverkar spontaniteten hos en reaktion. Förändringen i reaktionens entalpi kan allmänt förstås som förändringen i värme vid en reaktion. Om denna förändring är negativ avger systemet värmeenergi; reaktionen är exoterm. Om förändringen i entalpi är positiv absorberar systemet värmeenergi. reaktionen är endoterm. En annan faktor som påverkar spontanitet är reaktionens förändring i entropi. Entropi är en term som används för att beskriva slumpmässighet eller störning. Om det finns en ökning av oordning är förändringen i entropi positiv. Om det finns en minskning av oordning är förändringen i entropi negativ.
Gibbs fri energi
Mängden som definierar om en reaktion är spontan kallas Gibbs fri energi. Gibbs fri energi beräknas genom att subtrahera produkten av ett systems temperatur och förändringen i entropi från systemets förändring i entalpi. (Ordet "system" kan ersättas med ordet "reaktion.") Om detta resultat är negativt är reaktionen spontan. För att en endoterm reaktion ska vara spontan måste därför temperaturen och förändringen i entropi vara större än förändringen i entalpi.
Upplösning av ammoniumnitrat
När saltet ammoniumnitrat löser sig i vatten förbrukar det värme från omgivningen. detta är en endoterm process. Behållaren och omgivningen kan kännas väldigt kall vid beröring när detta händer. Av denna anledning används ammoniumnitrat i kalla förpackningar. I denna process är förändringen i entalpi positiv. Förändringen i entropi är dock också positiv; systemet blir mer oordning. Denna förändring i entropi är tillräckligt stor för att den matematiska produkten av temperaturen och förändringen av entropin i Gibbs-fria energikvationen är större än förändringen i entalpi. Därför är Gibbs fria energi negativ och reaktionen är spontan.
Bariumhydroxid och ammoniumtiocyanat
Reaktionen mellan fast bariumhydroxidoktahydrat och fast ammoniumtiocyanat är endoterm och spontan. Två av produkterna i denna reaktion är ammoniakgas och flytande vatten. Dessa fasförändringar från fast till både gas och vätska ger reaktionen en positiv förändring i entropi. Systemets störning ökar på grund av dessa förändringar - gaser och vätskor har mer störningar än fasta ämnen. Återigen övervinner denna ökning av störningen förändringen i entalpi, och reaktionen är spontan.