Les réactions spontanées se produisent sans apport net d'énergie. De nombreux facteurs influencent si une réaction est spontanée, y compris si la réaction est exothermique ou endothermique. Les réactions exothermiques qui entraînent une augmentation du désordre ou de l'entropie seront toujours spontanées. D'autre part, les réactions endothermiques qui entraînent une augmentation de l'ordre ne sont jamais spontanées. Néanmoins, un certain nombre de réactions impliquant la dissolution ou le mélange de certains composés sont à la fois spontanées et endothermiques.

Enthalpie et entropie

Les changements d'enthalpie et d'entropie sont deux quantités qui affectent la spontanéité d'une réaction. Le changement d'enthalpie d'une réaction peut généralement être compris comme le changement de chaleur d'une réaction. Si ce changement est négatif, le système dégage de l'énergie thermique; la réaction est exothermique. Si le changement d'enthalpie est positif, le système absorbe l'énergie thermique; la réaction est endothermique. Un autre facteur qui affecte la spontanéité est le changement d'entropie d'une réaction. L'entropie est un terme utilisé pour décrire l'aléatoire ou le désordre. S'il y a une augmentation du désordre, le changement d'entropie est positif. S'il y a une diminution du désordre, le changement d'entropie est négatif.

L'énergie libre de Gibbs

La quantité qui définit si une réaction est spontanée s'appelle l'énergie libre de Gibbs. L'énergie libre de Gibbs est calculée en soustrayant le produit de la température d'un système et le changement d'entropie du changement d'enthalpie du système. (Le mot "système" peut être remplacé par le mot "réaction".) Si ce résultat est négatif, la réaction est spontanée. Par conséquent, pour qu'une réaction endothermique soit spontanée, le produit de la température et du changement d'entropie doit être supérieur au changement d'enthalpie.

Dissoudre le nitrate d'ammonium

Quand le sel nitrate d'ammonium se dissout dans l'eau, il consomme de la chaleur de son environnement; C'est un processus endothermique. Le contenant et l'environnement peuvent être très froids au toucher lorsque cela se produit. Pour cette raison, le nitrate d'ammonium est utilisé dans les emballages froids. Dans ce processus, le changement d'enthalpie est positif. Cependant, le changement d'entropie est également positif; le système devient plus désordonné. Ce changement d'entropie est suffisamment important pour que le produit mathématique de la température et du changement d'entropie dans l'équation d'énergie libre de Gibbs soit plus grand que le changement d'enthalpie. Par conséquent, l'énergie libre de Gibbs est négative et la réaction est spontanée.

Hydroxyde de baryum et thiocyanate d'ammonium

La réaction entre l'hydroxyde de baryum solide octahydrate et le thiocyanate d'ammonium solide est endothermique et spontanée. Deux des produits de cette réaction sont l'ammoniac gazeux et l'eau liquide. Ces changements de phase du solide au gaz et au liquide donnent à la réaction un changement positif d'entropie. Le désordre du système augmente en raison de ces changements - les gaz et les liquides ont plus de désordre que les solides. Encore une fois, cette augmentation du trouble surmonte le changement d'enthalpie, et la réaction est spontanée.