Энтальпия

Химики обычно используют свойство, известное как энтальпия (H), для описания термодинамики химических и физических процессов. Энтальпия определяется как сумма внутренней энергии системы (E) и математического продукта ее давления (P) и объема (V):

Энтальпия – это функция состояния. Значения энтальпии для конкретных веществ нельзя измерить напрямую; могут быть определены только изменения энтальпии для химических или физических процессов. Для процессов, которые происходят при постоянном давлении (обычное условие для многих химических и физических изменений), изменение энтальпии (& Delta; H ) составляет:

Математическое произведение PΔV представляет работу (w), а именно, работу по расширению или по давлению-объему. По своим определениям, арифметические признаки ΔV и w всегда будут противоположными:

Подстановка этого уравнения и определение внутренней энергии при постоянном давлении (ΔE = qp + w) в уравнение энтальпии-изменения дает:

где qp — тепло реакции в условиях постоянного давления.  

Таким образом, если химический или физический процесс выполняется при постоянном давлении с единственной работой, выполняемой вследствие расширения или сжатия (P-V работа), то тепловой поток (qp) и изменение энтальпии (ΔH) для процесса равны.

Тепло, выделяемое при работе горелки Бунзена, равно энтальпирующей смене реакции сгорания метана, которая происходит, так как происходит при существенно постоянном давлении в атмосфере. Химики обычно проводят эксперименты в нормальных атмосферных условиях при постоянном внешнем давлении с qp = ΔH, что делает энтальпию наиболее удобным выбором для определения изменений температуры химических реакций.

Отрицательное значение изменения энтальпии, ΔH < 0, указывает на экзотермическую реакцию (тепло, выделенное окружающей среде); положительное значение, ΔH > 0, указывает на эндотермическую реакцию (тепло, поглощенное окружающей средой). Если направление химического уравнения противоположно, то изменяется арифметический знак его ΔH (процесс, который является эндотермическим в одном направлении, является экзотермическим в противоположном направлении).

Концептуально, ΔE (мера тепла и работы) и ΔH (мера тепла при постоянном давлении) представляют изменения в функции состояния системы. В процессах, где изменение объема, ΔV, невелико (плавление льда), и ΔE и ΔH идентичны. Однако, если изменение объема значительно (испарение воды), то количество энергии, передаваемой в качестве работы, будет значительным; таким образом, ΔE и ΔH имеют значительно разные значения.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 5.3: Энтальпия.