Entalpía

La Entalpía es una magnitud termodinámica que representa a una porción de energía implicada en un proceso. Se representa con la letra H, y sólo se verifica en condiciones de Presión constante. Esta presión constante puede ser la Presión Atmosférica o alguna Presión Absoluta a la que esté sometida el sistema.

Un proceso es el paso de un estado de equilibrio inicial a un estado de equilibro final. Como no se puede saber exactamente la Entalpía como un valor específico para el inicio ni para el final, se maneja siempre con sus cambios. Finalmente, el Cambio de Entalpía ΔH es la magnitud que se mide en los procesos termodinámicos.

Entalpía en Termodinámica

El Cambio de Entalpía en un Sistema Termodinámico va a corresponder a un Cambio en la Energía Interna de este más el Trabajo Mecánico que se haya realizado en el proceso. Se expresa esta igualdad con la fórmula:

ΔH = ΔU + PΔV

Donde:

ΔH = Cambio de Entalpía en Joule (J)

ΔU = Cambio de Energía Interna en Joule (J)

P = Presión Constante del Sistema

ΔV = Cambio de Volumen verificado en el Trabajo Mecánico en m³

A Presión constante, se va a realizar el Proceso. El cambio de Entalpía será la suma de dos términos. El primer término es el aumento de Energía Interna que se dio en el sistema. El segundo término es el Trabajo Mecánico que se haya realizado en el proceso. Esos dos términos son la Energía llamada Cambio de Entalpía, y es esa porción de Energía que implicó el proceso a presión Constante.

Entalpía en Calentamiento y Enfriamiento

Cuando una sustancia se somete a calentamiento o enfriamiento desde una Temperatura inicial T₁ hasta una Temperatura final T₂, se le aporta o retira una cantidad de energía. Esta energía es también una Entalpía, que se puede calcular con la siguiente fórmula:

ΔH = mCpΔT para Calentamiento, porque se le añade energía a la sustancia

ΔH = -mCpΔT para Enfriamiento, porque se le retira energía a la sustancia

Donde:

ΔH = Cambio de Entalpía en Joule (J)

m = Masa de la sustancia que se calienta o enfría en Kilogramos (Kg)

ΔT = Cambio de Temperatura de la Sustancia en grados Kelvin o Centígrados (K, °C)

Cp = Calor especifico a Presión Constante de la sustancia. Es particular para cada una, y se mide en Joule cada Kilogramo y grado Kelvin (J / Kg*K). El Calor Específico representa la energía que es necesario agregar o quitar a cada unidad de masa de sustancia para aumentar su Temperatura en un grado.

Entalpía en Termoquímica

La Termoquímica es la rama de la Física que explica las interacciones de energía en las reacciones químicas. Gracias a ella se puede saber cuánto calor liberó la neutralización de un ácido o de una base, la formación de un compuesto químico, la descomposición de otro, y muchas otras transformaciones químicas.

En Termoquímica se utiliza la unidad Caloría (1cal = 4.18 Joules) para expresar de forma más sencilla las energías representadas como Entalpía.

Las Entalpías involucradas en cada tipo de proceso químico reciben nombres alusivos al mismo:

Entalpía de Solución: Es la energía liberada o absorbida por una sustancia en el momento de disolverse en solución acuosa. Por ejemplo: Una de las Entalpías de Solución más grandes es la que se presenta cuando se disuelve Ácido Sulfúrico en Agua. La cantidad de calor es grande y violenta; por lo mismo, se debe de manejar con cuidado la preparación de estas soluciones.

Entalpía de Formación: La Entalpía de formación es la energía necesaria para que un Compuesto químico se consolide como tal, después de la reacción de dos o más sustancias que actúan como materias primas. Por ejemplo, la Entalpía de Formación del Dióxido de Carbono se puede deducir de la ecuación química de una combustión completa:

Hidrocarburo + nO₂  -->  nCO₂ + nH₂O

Donde “n” representa al número de moles que ajustarían la Estequiometría.

Se considera que la Entalpía de formación de los Elementos químicos puros es cero 0, porque en realidad no hay una energía que se pueda invertir para formarlo o desintegrarlo, porque ya es puro, está en su estado natural.

Entalpía de Combustión: Es la energía que se puede aprovechar de la combustión de una especie química combustible. Así se puede comparar la utilidad del Metano contra la del Gas Licuado de Petróleo.

Entalpía de Dilución: Es el calor liberado o absorbido por el sistema cuando se agrega más agua a una disolución acuosa de la misma.

Entalpía de Formación de Iones: Esta entalpía es la energía liberada o absorbida cuando las sustancias se disocian en iones al participar en una disolución acuosa. Es diferente a la Entalpía de Solución, ya que esta última no implica la disociación de las sustancias, sólo su entrada a la solución.

Ejemplos de Entalpía

Entalpía de Solución del Ácido Sulfúrico (H₂SO₄): ΔH = -22,990 calorías cada mol de Ácido; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Combustión del Grafito (C): ΔH = -94,050 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Combustión del Metano (CH₄): ΔH = -212,800 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Combustión de Ácido Acético (CH₃COOH): ΔH = -208,340 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Combustión de Benceno (C₆H₆): ΔH = -787,200 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Combustión de Azúcar (C₁₂H₂₂O₁₁): ΔH = -1,348,900 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Formación del Dióxido de Carbono (CO₂): ΔH = -94,050 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Formación del Cloruro de Sodio (NaCl): ΔH = -98,230 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Formación del Carbonato de Calcio (CaCO₃): ΔH = -228,450 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Formación del Etanol gaseoso (C₂H₅OH): ΔH = -56,300 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Formación del Sulfato Plumboso (PbSO₄): ΔH = -219,500 calorías; es un proceso exotérmico.

Entalpía de Formación del Cloruro de Plata (AgCl): ΔH = -30,360 calorías; es un proceso exotérmico.