Entalpía

Algunas reacciones químicas emiten muchísimo calor y ejercen trabajo sobre el entorno, como en el caso de la combustión del combustible de un cohete que levanta un transbordador espacial del suelo. La suma del calor, q, y el trabajo, w, representan el cambio en la energía interna, ΔE, como lo establece la primera ley de la termodinámica. En las reacciones químicas que involucran gases y que ocurren a presión atmosférica, el trabajo realizado es el trabajo mecánico asociado con los cambios de volumen, ya sea por expansión o contracción.

El trabajo es, por lo tanto, igual al valor negativo de la presión por el cambio de volumen. Al sustituir el trabajo en la primera ley de la termodinámica y reorganizar los términos en la ecuación, se observa que la suma del calor es igual a ΔE más la presión por ΔV, es decir, la expresión para el flujo de calor bajo presión constante. En otras reacciones químicas, como cuando la madera se quema para cocinar comida, es más relevante cuantificar el calor emitido para facilitar la cocción que medir la cantidad de trabajo de expansión realizado sobre el entorno.

Dado que la energía interna representa tanto el calor como el trabajo, ΔE no se utiliza para condiciones de presión constante. Para hablar exclusivamente del flujo de energía en forma de calor, se define una nueva función termodinámica:entalpía. La entalpía, H, equivale a la suma de la energía interna, E, y el trabajo presión-volumen, P-V.

Debido a que la energía, la presión y el volumen son funciones de estado, la entalpía también es una función de estado. Los valores absolutos de entalpía para sustancias específicas no se pueden medir. Solo se puede determinar el cambio de entalpía.

El cambio de entalpía, ΔH, equivale al cambio en la energía interna, ΔE, más la presión por ΔV.Si recordamos que el cambio en la energía es la suma de calor y trabajo presión-volumen, vemos que se pueden combinar las ecuaciones para demostrar que bajo condiciones de presión constante ΔH equivale al calor, q, obtenido o perdido por el sistema. Si el sistema cede energía al entorno en forma de calor, como en la quema de madera, la temperatura del entorno aumenta. Esto se describe como una convención de signo negativo para q.

En consecuencia, ΔH se vuelve negativo y el proceso se considera exotérmico. Por el contrario, si el sistema gana energía del entorno en forma de calor, tal como la reacción que ocurre en una compresa fría, la temperatura del entorno disminuye. El calor, en este caso, se describe como una convención de signo positivo.

Esto vuelve positivo a ΔH, y el proceso se denomina endotérmico.