Энтальпия

Некоторые химические реакции выделяют огромное количество тепла и воздействуют на окружающую среду, например, при сгорании ракетного топлива космический шаттл отрывается от земли. Сумма тепла q и работы w представляет собой изменение внутренней энергии ΔE, как это определено первым законом термодинамики. Для химических реакций с участием газов, происходящих при атмосферном давлении, выполняемая работа это механическая работа, связанная с изменением объема расширением или сжатием.

Следовательно, работа равна отрицательному значению давления, умноженному на изменение объема. Замена w в первом законе термодинамики и перестановка членов в уравнении показывает, что q равно ΔE плюс P, умноженное на ΔV, что дает выражение для теплового потока при постоянном давлении. В других химических реакциях, таких как сжигание дров чтобы приготовить пищу, более уместно количественное определение выделяемого тепла для ее приготовления, чем измерение объема работы по расширению, производимой в окружающей среде.

Поскольку внутренняя энергия учитывает как тепло, так и работу, ΔE не используется для условий постоянного давления. Чтобы рассматривать исключительно поток энергии в форме тепла, определена новая термодинамическая функция энтальпия. Энтальпия H равна сумме внутренней энергии E и произведения давления на объем PV.Поскольку энергия, давление и объем являются функциями состояния, энтальпия также является функцией состояния.

Абсолютные значения энтальпии для определенных веществ не могут быть измерены. Можно определить только изменение энтальпии. Изменение энтальпии, ΔH, равно изменению внутренней энергии, ΔE, плюс P, умноженное на ΔV.Вспоминая, что изменение энергии является суммой тепла и произведения давления и объема, уравнения можно объединить, чтобы показать, что в условиях постоянного давления ΔH равно теплоте q, полученной или потерянной системой.

Если система теряет энергию в окружающую среду в виде тепла, как при сжигании дерева, температура окружающей среды повышается. Это описывается знаком минус для q. Следовательно, ΔH становится отрицательным, и процесс описывается как экзотермический.

Напротив, если система получает энергию из окружающей среды в виде тепла например, в реакции, происходящей в химической холодильной упаковке температура окружающей среды падает. Теплота в этом случае описывается положительным знаком. Это делает ΔH положительным, и процесс называется эндотермическим.