Energie spielt eine Schlüsselrolle in chemischen Prozessen. Nach der modernen Sichtweise chemischer Reaktionen müssen Bindungen zwischen Atomen in den Reaktanten gebrochen werden, und die Atome oder Molekülstücke werden durch Bildung neuer Bindungen wieder zu Produkten zusammengesetzt. Energie wird absorbiert, um Bindungen zu brechen, und Energie wird entwickelt, wenn Bindungen hergestellt werden. In einigen Reaktionen ist die Energie, die zum Brechen von Bindungen benötigt wird, größer als die Energie, die bei der Herstellung neuer Bindungen entsteht, und das Nettoergebnis ist die Absorption von Energie., Eine solche Reaktion wird als endotherm bezeichnet, wenn die Energie in Form von Wärme vorliegt. Das Gegenteil von endotherm ist exotherm; In einer exothermen Reaktion wird Energie als Wärme entwickelt. Die allgemeineren Begriffe exoergisch (Energie entwickelt) und endoergisch (Energie benötigt) werden verwendet, wenn andere Energieformen als Wärme beteiligt sind.
Sehr viele häufige Reaktionen sind exotherm. Die Bildung von Verbindungen aus den Bestandteilen ist fast immer exotherm. Die Bildung von Wasser aus molekularem Wasserstoff und Sauerstoff und die Bildung eines Metalloxids wie Calciumoxid (CaO) aus Calciummetall und Sauerstoffgas sind Beispiele. Zu den weithin erkennbaren exothermen Reaktionen gehört die Verbrennung von Brennstoffen (wie die zuvor erwähnte Reaktion von Methan mit Sauerstoff).,
Die Bildung von gelöschtem Kalk(Calciumhydroxid, Ca (OH)2) bei Zugabe von Wasser zu Kalk (CaO) ist exotherm. CaO ( s) + H2O (l) → Ca(OH) 2(s) Diese Reaktion tritt auf, wenn Wasser zu trockenem Portlandzement hinzugefügt wird, um Beton herzustellen, und die Wärmeentwicklung der Energie als Wärme ist offensichtlich, weil die Mischung warm wird.
Nicht alle Reaktionen sind exotherm (oder exoergisch). Einige Verbindungen, wie Stickoxid (NO) und Hydrazin (N2H4), benötigen Energieeintrag, wenn sie aus den Elementen gebildet werden., Die Zersetzung von Kalkstein (CaCO3) zur Herstellung von Kalk (CaO) ist ebenfalls ein endothermer Prozess; Es ist notwendig, Kalkstein auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, damit diese Reaktion auftritt. CaCO3 (s) → CaO(s) + CO2 (g) Die Zersetzung von Wasser in seine Elemente durch Elektrolyse ist ein weiterer endoerger Prozess. Elektrische Energie wird eher als Wärmeenergie verwendet, um diese Reaktion durchzuführen. 2 H2O (g) → 2 H2 (g) + O2(g) Im Allgemeinen begünstigt die Wärmeentwicklung in einer Reaktion die Umwandlung von Reaktanten in Produkte. Die Entropie ist jedoch wichtig, um die Bevorzugung einer Reaktion zu bestimmen., Entropie ist ein Maß für die Anzahl der Möglichkeiten, wie Energie in jedem System verteilt werden kann. Entropie erklärt die Tatsache, dass nicht alle in einem Prozess verfügbare Energie manipuliert werden kann, um Arbeit zu leisten.
Eine chemische Reaktion begünstigt die Bildung von Produkten, wenn die Summe der Veränderungen der Entropie für das Reaktionssystem und seine Umgebung positiv ist. Ein Beispiel ist das Verbrennen von Holz. Holz hat eine geringe Entropie. Wenn Holz brennt, produziert es Asche sowie die hochentropischen Substanzen Kohlendioxidgas und Wasserdampf. Die Entropie des Reaktionssystems nimmt während der Verbrennung zu., Ebenso wichtig ist, dass die durch die Verbrennung in ihre Umgebung übertragene Wärmeenergie die Entropie in der Umgebung erhöht. Die Summe der Entropieveränderungen für die Substanzen in der Reaktion und Umgebung ist positiv, und die Reaktion ist produktbegünstigt.
Wenn Wasserstoff und Sauerstoff unter Bildung von Wasser reagieren, ist die Entropie der Produkte geringer als die der Reaktanten. Kompensiert wird diese Abnahme der Entropie jedoch durch die Zunahme der Entropie der Umgebung aufgrund der durch die exotherme Reaktion auf sie übertragenen Wärme., Auch hier ist die Verbrennung von Wasserstoff aufgrund des allgemeinen Anstiegs der Entropie produktbegünstigt.