8.1: Entalpía

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En el Capítulo 7, introducimos la función de entalpía, que definimos como

\[H\ =\ E\ +\ PV\]

Cuando la única forma de trabajo posible es el trabajo de presión-volumen y se produce un cambio de sistema a presión constante, el cambio de entalpía es sinónimo del calor agregado al sistema.

\(H=q_P\)(solo trabajos fotovoltaicos)

Desde que definimos\(C_P={\left({\partial q}/{\partial T}\right)}_P\), se deduce que\({\left({\partial H}/{\partial T}\right)}_P=C_P\). Recordando nuestro descubrimiento anterior de que\({\left({\partial E}/{\partial T}\right)}_V=C_V\), tenemos las importantes relaciones paralelas:\[C_P={\left(\frac{\partial q}{\partial T}\right)}_P={\left(\frac{\partial H}{\partial T}\right)}_P\] y

\[C_V={\left(\frac{\partial q}{\partial T}\right)}_V={\left(\frac{\partial E}{\partial T}\right)}_V\]

Podemos encontrar el cambio de entalpía para calentar una sustancia a presión constante integrando su capacidad calorífica de presión constante,\(C_P\), sobre el cambio de temperatura. Es decir,\(C_P={\left({\partial H}/{\partial T}\right)}_P\) implica que

\[\Delta H=\int^{T_2}_{T_1}{C_PdT}\]Del mismo modo, tenemos\[\Delta E=\int^{T_2}_{T_1}{C_VdT}\]

para un proceso en el que una sustancia se calienta a volumen constante.

Una razón por la que la función de entalpía es útil en química es que muchos procesos se llevan a cabo en condiciones (presión constante, solo\(PV\) trabajo) donde el cambio de entalpía es sinónimo del intercambio de calor. El intercambio de calor en un proceso es frecuentemente una consideración importante. Si queremos llevar a cabo un proceso endotérmico, debemos aportar medios para sumar suficientes

calor. Si queremos llevar a cabo un proceso exotérmico, es posible que tengamos que hacer arreglos especiales para transferir de manera segura el calor evolucionado del sistema a su entorno.

Uno de nuestros principales objetivos es predecir si un proceso determinado puede ocurrir espontáneamente. Veremos que el calor evolucionado en un proceso no es un predictor generalmente válido de si el proceso puede ocurrir o no de manera espontánea; sin embargo, es cierto que un proceso muy exotérmico suele ser aquel que puede ocurrir espontáneamente. (Veremos que\(\Delta H<0\) es un criterio riguroso para saber si el proceso puede ocurrir espontáneamente si y sólo si el proceso es uno para el que tanto la entropía como la presión permanecen constantes).