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6.6: エンタルピー
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Chemistry

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Enthalpy
 
書き起こし

6.6: エンタルピー

化学者は通常、エンタルピー( H )と呼ばれる特性を用いて、化学的・物理的プロセスの熱力学を記述します。 エンタルピーとは、システムの内部エネルギー( E )に、その圧力( P )と体積( V)の数学的な積の合計を指します。

Eq1

エンタルピーは状態関数です。 特定の物質のエンタルピー値は直接測定できません。化学的または物理的プロセスのエンタルピー変化のみを測定できます。 一定の圧力で行われるプロセス(多くの化学的および物理的変化の共通条件)では、エンタルピー変化( Δ H )は次のようになります。

Eq2

数学的な積PΔV は、仕事( w )、すなわち膨張または圧力 - 体積の仕事を表します。 その定義により、 Δ V と w の符号は常に逆になります。

Eq3

この方程式と一定圧力における内部エネルギーの定義( ΔE = qp + w )をエンタルピー変化方程式に置き換えると、次のようになります。

Eq4

ここで、 qp は一定圧力の条件下での反応熱です。  

そのため、化学的または物理的なプロセスが一定の圧力で実行され、膨張または収縮による唯一の仕事( P-V 仕事)が行われた場合、プロセスの熱の流れ( qp )とエンタルピー変化( Δ H)は等しくなります。

バーナーの運転中に発生する熱は、メタン燃焼反応が本質的に大気中の一定圧力で発生することから、そのエンタルピー変化と等しくなります。 化学者は通常、通常の大気条件で実験を行い、外圧を一定にしてqp = ΔHとします。よって、化学反応の熱変化を求めるにはエンタルピーが最も便利です。

エンタルピー変化が負の値 Δ H < 0 は発熱反応(周囲に放出される熱)を示し、正の値 Δ H > 0 は吸熱反応(周囲から吸収される熱)を示します。 化学方程式の方向が逆になると、その Δ H の符号が変更される(一方向に吸熱するプロセスは、反対方向に発熱する)。

概念的には、 Δ E (熱と仕事の測定値)と Δ H (一定圧力での熱の測定値)は、どちらもシステムの状態機能の変化を表します。 体積変化が小さいプロセスでは Δ V が小さく(氷の融解)、 Δ E と Δ H が同一です。 ただし、体積の変化が大きい場合(水の蒸発)、仕事として伝達されるエネルギー量は大きくなります。したがって、 Δ E と Δ H の値は大きく異なります。

このテキストは 、 Openstax, Chemistry 2e, Section 5.3: Endalpy から引用しています。


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