Entalpi (ofte skrevet "enthalpy" på engelsk) er et termodynamisk begreb, som bruges til at beskrive den mængde varme og arbejde der udveksles med et stof eller et system, især ved konstant tryk. Navnet stammer fra det græske ord "enthalpos" (ενθαλπος), der betyder "at lægge varme i", og betegnelsen blev indført af den hollandske videnskabsmand Heike Kamerlingh Onnes i 1909.

Definition og formel

Entalpi betegnes med H og defineres ved sammenhængen

H = U + pV

hvor U er systemets indre energi, p er trykket og V er volumen. For en ændring i entalpi gælder generelt

ΔH = ΔU + Δ(pV),

og ved konstant tryk forenkles dette til

ΔH = ΔU + p ΔV.

Under de betingelser hvor kun udvidelsesarbejde (pV-arbejde) forekommer, er entalpændringen lig med den varme der tilføres eller afgives ved konstant tryk:

q_p = ΔH.

Hvorfor entalpi bruges

Når et system modtager varme ved konstant tryk, kan energien gå til to hovedformål:

  • at øge systemets indre energi (temperaturændring, ændring i molekylære bevægelser eller potentielle energier), eller
  • at udføre arbejde for at udvide systemet mod et ydre tryk (pΔV).

Entalpi kombinerer disse to bidrag i én tilstandsfunktion, så ændringen i entalpi direkte fortæller, hvor meget varme der er tilført eller fjernet ved konstant tryk.

Egenskaber og nyttige relationer

  • Enthalpi er en tilstandsfunktion: ΔH afhænger kun af begyndelses- og sluttilstand, ikke af vejen imellem.
  • Specifik og molar entalpi: Man angiver ofte entalpi pr. enhed masse (J/kg) eller pr. mol (J/mol).
  • Varmefylde ved konstant tryk: Cp = (∂H/∂T)p. For ideelle gasser er entalpi kun en funktion af temperaturen, så ΔH = ∫ Cp(T) dT.
  • Hess' lov: Entalpændringer er additive, hvilket gør det muligt at beregne reaktionsentalpier fra kendte delreaktioner.
  • Relation til fri energi: Gibbs frie energi G = H − T S bruges til at vurdere spontanitet ved konstant tryk og temperatur.

Anvendelser og eksempler

Entalpi anvendes bredt i kemi og teknik:

  • Kemiske reaktioner: Reaktionsentalpi (ΔH_rxn) fortæller om en reaktion er endoterm (ΔH > 0) eller exoterm (ΔH < 0).
  • Faseovergange: Smeltning og fordampning karakteriseres ved entalpier som entalpi af fusion og entalpi af fordampning.
  • Varmetransport i processer: I varmevekslere og kedler beregnes varmebehov med entalpier (oftest specifik entalpi h = u + pv ved strømmer i åbne systemer).
  • Calorimetri: Enkle tryk-kalorimetre (fx "coffee-cup") måler ΔH direkte ved konstant tryk, mens bombekalorimetre måler ΔU ved konstant volumen.

Måleenheder og fortolkning

Entalpi måles i joule (J) i SI-systemet; molare værdier angives i J/mol og specifikke i J/kg. Positive ΔH angiver varmeoptagelse (endoterm proces), negative ΔH angiver varmeudledning (exoterm proces).

Bemærkninger om begrænsninger

Sammenhængen q_p = ΔH gælder når arbejdet kun er udvidelsesarbejde og trykket er konstant. Hvis der er andre former for arbejde (elektrisk, mekanisk uden for pV-arbejde) eller variable trykforhold, skal man tage disse bidrag med i energibudgettet.

Samlet set er entalpi et praktisk redskab til at beregne og forstå varmeudveksling og arbejde i mange praktiske situationer inden for varmeoverførsel, kemiske reaktioner og procesdesign.