En endoterm process är en process som absorberar energi från sin omgivning. I en kemisk reaktion interagerar två eller flera ämnen – reaktanterna – med varandra för att producera en eller flera nya ämnen – produkterna. När energin i produkterna är mindre än den i reaktanterna frigörs energi och reaktionen sägs vara exoterm. I endotermiska reaktioner har produkterna mer energi än reaktanterna, så energi absorberas från deras miljö. I exoterma reaktioner förlorar således reaktanterna värme till sin omgivning, som blir varmare, medan reaktanterna vid endotermiska reaktioner får värme från sin omgivning, som kyls.
En kemisk reaktion involverar bildandet av bindningar mellan atomer. Eftersom ett system alltid kommer att försöka nå sitt lägsta energitillstånd, bildas bindningar endast om de resulterar i att den totala energin hos atomerna efter bindning är lägre än den var före bindning. Således frigör bildningen av kemiska bindningar energi. I kemiska reaktioner måste dock bindningar brytas innan nya föreningar kan bildas. Att bryta en kemisk bindning kräver energi och om det krävs mer energi för att bryta bindningar i reaktanterna än vad som frigörs vid bildandet av nya bindningar, är den totala reaktionen endoterm, eftersom det sker en nettoöverföring av energi från omgivningen till reaktanterna.
Det är inte nödvändigtvis så att en reaktion som kräver värme för att appliceras är en endoterm reaktion. Ibland krävs värme för att bryta bindningar för att starta reaktionen, men mer värme frigörs av de nya bindningarna som bildas, så reaktionen är exoterm. Till exempel kommer väte (H2) inte att reagera med syre (O2) vid rumstemperatur; tändning av en väte/syreblandning med en tändsticka gör dock att gaserna kombineras explosivt i en starkt exoterm reaktion: 2H2 + O2 → 2H2O. Värme krävs för att bryta bindningarna inom väte- och syremolekylerna, men betydligt mer värme frigörs genom att de nya väte-syrebindningarna bildas. Det är därför en exoterm reaktion.
Däremot är kombinationen av syre med kväve (N2) för att bilda kväveoxid (NO) en endoterm reaktion. I en kvävemolekyl hålls atomerna samman av en mycket stark trippelbindning. Energin som krävs för att bryta denna bindning är större än den energi som frigörs vid bildningen av kväveoxid, så reaktionen är endoterm. Andra endotermiska reaktioner inkluderar kombinationen av vatten och koldioxid för att bilda glukos i fotosyntesen, där den nödvändiga energin kommer från solljus.
Den totala mängden energi av reaktanterna eller produkterna i en kemisk reaktion kallas entalpi. Det uttrycks i kilojoule (kJ) energi och representeras av symbolen ΔH. En kemisk reaktion resulterar i en förändring i entalpi. Vid exoterma reaktioner har produkterna mindre energi än reaktanterna, så förändringen är negativ. Vid endotermiska reaktioner har produkterna mer energi än reaktanterna, så förändringen är positiv.
Den exoterma reaktionen av väte och syre för att bilda vatten resulterar i en negativ entalpiförändring på -285.8 kJ för varje bildad vattenmolekyl. Den endotermiska reaktionen av kväve och syre för att bilda kväveoxid resulterar i en positiv entalpiförändring på +180.5 kJ. Kemiska ekvationer kan skrivas för att inkludera entalpiförändringen, vilket indikerar om reaktionen är exoterm eller endoterm, till exempel:
N2(g) + O2(g) → 2NO(g); AH = +180.5 kJ
Dessa ekvationer inkluderar tillstånden för reaktanterna och produkterna: s = fast, l = flytande och g = gas.
Endotermiska kemiska reaktioner kan ske vid rumstemperatur om det finns en stor ökning av entropin. Ett exempel är reaktionen mellan bariumhydroxidoktahydrat och ammoniumtiocyanat:
Ba(OH)2·8H2O(s) + 2NH4SCN(s) → Ba(SCN)2(s) + 10H2O(l) + 2NH3(g)
Detta är en mycket endoterm reaktion, och eftersom tre molekyler av fasta ämnen reagerar för att producera 13 molekyler varav 10 är flytande och två är gas, finns det en stor ökning av entropin. Om reaktanterna blandas i en bägare och bägaren placeras ovanpå ett block med några droppar vatten på, fryser vattnet när värme absorberas från omgivningen. Faktum är att temperaturen kan sjunka till mellan -4 och -22 °F (-20 och -30 °C).