Spontane reacties treden op zonder netto energie-input. Vele factoren beïnvloeden of een reactie spontaan is, inclusief of de reactie exotherm of endotherm is. Exotherme reacties die resulteren in een verhoogde stoornis of entropie, zullen altijd spontaan zijn. Aan de andere kant zijn endotherme reacties die resulteren in een toename van de orde nooit spontaan. Desondanks zijn een aantal reacties waarbij bepaalde verbindingen worden opgelost of gemengd zowel spontaan als endotherm.

Enthalpy en entropie

Veranderingen in enthalpie en entropie zijn twee hoeveelheden die de spontaniteit van een reactie beïnvloeden. De verandering in enthalpie van een reactie kan in het algemeen worden begrepen 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 in entropie van een reactie. Entropie is een term die wordt gebruikt om willekeurigheid of wanorde te beschrijven. Als er sprake is van een toename van de stoornis, is de verandering in entropie positief. Als er sprake is van een afname van de stoornis, is de verandering in entropie negatief.

Gibbs Free Energy

De hoeveelheid die definieert of een reactie spontaan is, wordt de Gibbs-vrije energie genoemd. Gibbs vrije energie wordt berekend door het product van de temperatuur van een systeem af te trekken en de verandering in entropie van de enthalpie van het systeem in enthalpie. (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 verandering in entropie groter zijn dan de verandering in enthalpie.

Oplossen van ammoniumnitraat

Wanneer het zout ammoniumnitraat lost op in water, het verbruikt warmte uit zijn omgeving; dit is een endotherm proces. De container en de omgeving kunnen bij aanraking koud aanvoelen. 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 verstoord. Deze entropieverandering is groot genoeg om het wiskundige product van de temperatuur en verandering in entropie in de Gibbs vrije energievergelijking groter te maken dan de verandering in enthalpie. Daarom is de vrije energie van Gibbs negatief en is de reactie spontaan.

Bariumhydroxide en ammoniumthiocyanaat

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 in zowel gas als vloeistof geven de reactie een positieve verandering in entropie. De stoornis van het systeem neemt toe als gevolg van deze veranderingen - gassen en vloeistoffen hebben meer stoornis dan vaste stoffen. Nogmaals, deze toename van wanorde overwint de verandering in enthalpie, en de reactie is spontaan