Entalpia

Alcune reazioni chimiche emanano un calore enorme ed emanano enorme energia sull'ambiente circostante, come la combustione del carburante per razzi che fa sollevare uno space shuttle da terra. La somma del calore, q, e del lavoro, w, è la variazione dell'energia interna, ΔE, come enunciato dalla prima legge della termodinamica. Per le reazioni chimiche che coinvolgono i gas che si verificano a pressione atmosferica, il lavoro svolto è un lavoro meccanico associato alle variazioni di volume:espansione o contrazione.

Il lavoro è quindi uguale al valore negativo della pressione moltiplicato per la variazione di volume. Sostituendo w nella prima legge della termodinamica e riorganizzando i termini nell'equazione si nota che q è uguale a ΔE più P per ΔV, fornendo l'equazione per il flusso di calore a pressione costante. In altre reazioni chimiche, come la combustione della legna per cuocere il cibo, è più importante quantificare il calore emesso per facilitare la cottura, che misurare la quantità di lavoro di espansione svolto sull'ambiente circostante.

Poiché l'energia interna rappresenta sia il calore che il lavoro, ΔE non viene utilizzato per condizioni di pressione costante. Per discutere esclusivamente il flusso di energia sotto forma di calore, viene definita una nuova funzione termodinamica:l'entalpia. L'entalpia, H, è uguale alla somma dell'energia interna, E, e del lavoro pressione-volume, P-V.

Poiché energia, pressione e volume sono funzioni di stato, anche l'entalpia è una funzione di stato. Non è possibile misurare i valori di entalpia assoluta per sostanze specifiche. È possibile determinare solo la variazione di entalpia.

La variazione dell'entalpia, ΔH, è uguale alla variazione dell'energia interna, ΔE, più P per ΔV.Ricordando che la variazione di energia è la somma del lavoro di calore e pressione-volume, le equazioni possono essere combinate per mostrare che in condizioni di pressione costante ΔH è uguale al calore, q, guadagnato o perso dal sistema. Se il sistema perde energia nell'ambiente sotto forma di calore, come nella combustione della legna, la temperatura dell'ambiente aumenta. Questo è descritto da una convenzione di segno negativo per q.

Di conseguenza, ΔH diventa negativo e il processo viene descritto come esotermico. Al contrario, se il sistema ottiene energia dall'ambiente circostante sotto forma di calore, come la reazione che si verifica in un impacco freddo chimico, la temperatura dell'ambiente circostante diminuisce. Il calore, in questo caso, è descritto da una convenzione di segno positivo.

Ciò rende ΔH positivo e il processo è chiamato endotermico.