Enthalpie

Sommige chemische reacties geven een enorme hitte af en verrichten arbeid aan de omgeving, zoals de verbranding van raketbrandstof waardoor een spaceshuttle van de grond opstijgt. De som van warmte, q en arbeid, w, is de verandering in inwendige energie, ΔE, zoals gegeven door de eerste wet van de thermodynamica. Voor chemische reacties met gassen die optreden bij atmosferische druk, is de verrichte arbeid het mechanische werk dat gepaard gaat met volumeveranderingen hetzij uitzetting of samentrekking.

Arbeid is dus gelijk aan de negatieve waarde van de druk maal de volumeverandering. Het vervangen voor w in de eerste wet van de thermodynamica en het herschikken van de termen in de vergelijking, laat zien dat Q gelijk is aan ΔE plus P maal ΔV, wat de uitdrukking geeft voor warmtestroom onder constante druk. Bij andere chemische reacties, zoals het verbranden van hout om voedsel te koken, is het relevanter om de afgegeven warmte te kwantificeren om het koken te vergemakkelijken dan om de hoeveelheid uitgevoerde expansiewerkzaamheden te meten op de omgeving.

Omdat inwendige energie zowel warmte als arbeid vertegenwoordigt, wordt ΔE niet gebruikt voor omstandigheden met constante druk. Om uitsluitend de energiestroom in de vorm van warmte te bespreken, wordt een nieuwe thermodynamische functie enthalpie gedefinieerd. Enthalpie, H, is gelijk aan de som van inwendige energie, E, en druk-volume arbeid, P-V.

Omdat energie, druk en volume toestandsfuncties zijn, is enthalpie ook een toestandsfunctie. Absolute enthalpie-waarden voor specifieke stoffen kunnen niet worden gemeten. Alleen de verandering in enthalpie kan worden bepaald.

Enthalpie-verandering, ΔH, is gelijk aan de verandering in inwendige energie, ΔE, plus P maal ΔV.Herinnerend dat de verandering in energie de som is van warmte en druk-volume arbeid, kunnen de vergelijkingen gecombineerd worden om aan te tonen dat onder constante drukcondities ΔH gelijk is aan de warmte, q, gewonnen of verloren door het systeem. Als het systeem energie verliest aan de omgeving in de vorm van warmte zoals bij het verbranden van hout stijgt de temperatuur van de omgeving. Dit wordt beschreven door een negatieve tekenconventie voor q.

Bijgevolg wordt ΔH negatief en wordt het proces beschreven als exotherm. Als het systeem daarentegen energie uit de omgeving haalt in de vorm van warmte zoals de reactie die plaatsvindt in een chemisch coldpack daalt de temperatuur van de omgeving. De warmte wordt in dit geval beschreven door een positieve tekenconventie.

Dit maakt ΔH positief en het proces wordt endotherm genoemd.