Voorbeelden van spontane endotherme reacties en processen
Een endotherm proces neemt warmte op uit de omgeving, waardoor de omgeving kouder wordt. De meeste processen die vanzelf verlopen geven warmte af, maar de onderstaande verlopen bij kamertemperatuur en normale druk spontaan, ook al nemen ze warmte op, omdat ze de entropie (wanorde) sterk verhogen. De lijst bevat zowel chemische reacties als fysische processen zoals smelten, verdampen en oplossen, en bij elk voorbeeld staat welke van de twee het is.
- IJs dat smelt bij kamertemperatuur — een fysische verandering die ongeveer 6 kJ warmte per mol ijs opneemt.
- Water dat verdampt uit een plas of van je huid — een fysische verandering die warmte opneemt, en daarom koelt zweten je af.
- Droogijs dat sublimeert — een fysische verandering waarbij vaste koolstofdioxide warmte opneemt en direct in gas verandert.
- Ammoniumnitraat dat oplost in water — een oplosproces waardoor het water zo koud wordt dat het wordt gebruikt in instant koelpakkingen.
- Ureum dat oplost in water — een oplosproces dat in sommige instant koelpakkingen wordt gebruikt in plaats van ammoniumnitraat.
- Ammoniumchloride dat oplost in water — een oplosproces waardoor de watertemperatuur merkbaar daalt.
- Kaliumchloride dat oplost in water — een oplosproces waarbij de oplossing kouder wordt dan het water was.
- Bariumhydroxide-octahydraat en ammoniumchloride — een chemische reactie tussen twee vaste stoffen die ammoniak vrijmaakt en zo koud kan worden dat water bevriest.
- Zuiveringszout en azijn — een chemische reactie die koolstofdioxidegas vrijmaakt terwijl het mengsel licht afkoelt.
- Zuiveringszout en citroenzuur — een chemische reactie die het bruisen in badbommen en het koele gevoel van zuurtjespoeder veroorzaakt.
Hoe kan een endotherm proces spontaan zijn?
Of een proces vanzelf verloopt, hangt af van de verandering in Gibbs-vrije energie, ΔG = ΔH − TΔS. Een endotherm proces heeft een positieve ΔH, wat tegenwerkt. Maar als de toename van de entropie (ΔS) groot genoeg is, weegt de term TΔS zwaarder dan ΔH en wordt ΔG negatief. Daarom smelt ijs boven 0 °C maar niet eronder, en daarom kunnen reacties die een gas vrijmaken, zoals zuiveringszout met azijn, warmte opnemen en toch verlopen.
Endotherme reacties die niet spontaan zijn
Veel endotherme reacties hebben een voortdurende energietoevoer nodig en stoppen als die wordt weggenomen, zoals fotosynthese, die licht nodig heeft, en het afbreken van kalksteen tot kalk, waarvoor sterk verhitten nodig is. Ze staan niet in de bovenstaande lijst.