Entalpia

Algumas reações químicas libertam um calor tremendo e realizam trabalho no meio envolvente, tais como a combustão do combustível de um foguetão que faz com que o mesmo descole do solo. A soma do calor, q, e trabalho, w, é a alteração na energia interna, ΔE como dado pela primeira lei da termodinâmica. Para reações químicas que envolvam gases que ocorrem à pressão atmosférica, o trabalho realizado é o trabalho mecânico associado às alterações de volume quer expansão ou contração.

O trabalho é, portanto, igual ao valor negativo da pressão vezes a alteração do volume. Substituindo por w na primeira lei da termodinâmica e reorganizando os termos da equação mostra que q é igual a ΔE mais P vezes ΔV, dando a expressão para o fluxo de calor sob pressão constante. Noutras reações químicas, tais como a queima de madeira para cozinhar os alimentos, é mais relevante quantificar o calor libertado para facilitar a cozedura, do que para medir a quantidade de trabalho de expansão no meio envolvente.

Uma vez que a energia interna é responsável tanto pelo calor como pelo trabalho, ΔE não é utilizado para condições de pressão constante. Discutir exclusivamente o fluxo de energia na forma de calor, uma nova função termodinâmica entalpia é definida. Entalpia, H, é igual à soma da energia interna, E, com o trabalho pressão-volume, P-V.

Porque a energia, a pressão e o volume são funções de estado, a entalpia é também uma função de estado. Os valores absolutos de entalpia para substâncias específicas não podem ser medidos. Apenas a alteração na entalpia pode ser determinada.

A alteração da entalpia, ΔH, equivale à alteração na energia interna, ΔE, mais P vezes ΔV.Lembremo-nos que a alteração na energia é a soma do calor e o trabalho pressão-volume as equações podem ser combinadas para mostrar que sob condições de pressão constante ΔH é igual ao calor, q, ganho ou perdido pelo sistema. Se o sistema perder energia para o meio envolvente sob a forma de calor como na queima de madeira a temperatura do ambiente aumenta. Isto é descrito por uma convenção de sinais negativos para q.

Consequentemente, ΔH torna-se negativo, e o processo é descrito como exotérmico. Pelo contrário, se o sistema ganhar energia do meio envolvente sob a forma de calor tal como a reação que ocorre numa embalagem química fria a temperatura do meio ambiente diminui. O calor, neste caso, é descrito pela convenção de sinal positivo.

Isto torna ΔH positivo e o processo é chamado endotérmico.