Entalpia

Niektóre reakcje chemiczne wydzielają ogromne ciepło i działają na otoczenie, takie jak spalanie paliwa rakietowego, powodujące oderwanie się promu kosmicznego od ziemi.

Suma ciepła "q" i pracy "w" jest zmianą energii wewnętrznej, "ΔE", określoną przez pierwszą zasadę termodynamiki.

W przypadku reakcji chemicznych z udziałem gazów, które zachodzą pod ciśnieniem atmosferycznym, wykonywana praca jest pracą mechaniczną związaną ze zmianami objętości - rozszerzaniem się lub kurczeniem. Praca jest zatem równa ujemnej wartości ciśnienia pomnożonej przez zmianę objętości.

Podstawienie w w pierwszej zasadzie termodynamiki i przegrupowanie wyrazów w równaniu pokazuje, że q = ΔE + PΔV, co daje wyrażenie na przepływ ciepła pod stałym ciśnieniem.

W innych reakcjach chemicznych, takich jak spalanie drewna w celu ugotowania żywności, bardziej istotne jest ilościowe określenie ciepła wydzielanego w celu ułatwienia gotowania niż zmierzenie ilości pracy związanej z rozszerzalnością wykonanej w otoczeniu.

Ponieważ energia wewnętrzna odpowiada zarówno za ciepło, jak i za pracę, ΔE nie jest używane w warunkach stałego ciśnienia. Aby omówić wyłącznie przepływ energii w postaci ciepła, zdefiniowano nową funkcję termodynamiczną – entalpię.

Entalpia, H, równa się sumie energii wewnętrznej, E, i pracy ciśnienie-objętość, P-V. Ponieważ energia, ciśnienie i objętość są funkcjami stanu, entalpia jest również funkcją stanu. 

Nie można zmierzyć bezwzględnych wartości entalpii dla określonych substancji. Można określić tylko zmianę entalpii.  Zmiana entalpii, ΔH, równa się zmianie energii wewnętrznej, ΔE + PΔV.

Przypominając, że zmiana energii jest sumą pracy cieplnej i ciśnieniowo-objętościowej, równania można połączyć, aby pokazać, że w warunkach stałego ciśnienia ΔH równa się ciepłu, q, uzyskanemu lub utraconemu przez układ.

Jeśli system traci energię do otoczenia w postaci ciepła – jak w przypadku spalania drewna – temperatura otoczenia wzrasta. Jest to opisane konwencją znaku ujemnego dla q. W konsekwencji ΔH staje się ujemny, a proces określa się jako egzotermiczny.

Wręcz przeciwnie, jeśli system pozyskuje energię z otoczenia w postaci ciepła – takiej jak reakcja zachodząca w chemicznym zimnym opakowaniu – temperatura otoczenia spada. Upał w tym przypadku jest opisany konwencją znaku dodatniego. To sprawia, że ΔH dodatnie, a proces ten nazywa się endotermicznym.