¿Qué ley de la termodinámica habla de la entalpía?

La Entalpía y su Relación con la Primera Ley de la Termodinámica

La entalpía, una magnitud termodinámica fundamental, se encuentra estrechamente vinculada con la primera ley de la termodinámica, también conocida como el principio de la conservación de la energía. Si bien no existe una ley “de la entalpía” propiamente dicha, su definición y aplicación se derivan directamente de esta primera ley, proporcionando una herramienta invaluable para analizar procesos a presión constante, comunes en la química y la ingeniería.

La primera ley establece que la variación de la energía interna (ΔU) de un sistema es igual al calor transferido al sistema (q) menos el trabajo realizado por el sistema (w): ΔU = q – w. En muchos procesos, el único trabajo realizado es el trabajo de expansión o compresión contra una presión externa constante (P). Este trabajo se puede expresar como w = PΔV, donde ΔV es el cambio de volumen del sistema.

Sustituyendo esta expresión del trabajo en la primera ley, obtenemos: ΔU = q – PΔV. Reordenando la ecuación, llegamos a: q = ΔU + PΔV. A presión constante, esta suma (ΔU + PΔV) representa el cambio de entalpía (ΔH) del sistema. Por lo tanto, a presión constante: ΔH = ΔU + PΔV y ΔH = q_p (donde q_p indica el calor transferido a presión constante).

Es importante comprender que la entalpía no representa la “energía total” del sistema en un sentido absoluto, como a veces se simplifica. En lugar de ello, describe el cambio en la energía del sistema considerando tanto la energía interna como el trabajo de expansión/compresión realizado a presión constante. Esta consideración del trabajo PΔV es crucial, ya que refleja la energía necesaria para “abrir espacio” al sistema si se expande contra la presión externa, o la energía liberada al comprimirse.

La utilidad de la entalpía reside en su aplicabilidad a procesos isobáricos (a presión constante), que son frecuentes en laboratorios y procesos industriales. Medir el calor transferido a presión constante es relativamente sencillo, y este calor, como hemos visto, equivale directamente al cambio de entalpía. Así, la entalpía permite simplificar el análisis termodinámico de reacciones químicas, transiciones de fase y otros procesos que ocurren bajo condiciones de presión constante.

En resumen, si bien no hay una ley específica “de la entalpía”, su definición y uso se desprenden de la primera ley de la termodinámica. La entalpía proporciona una perspectiva práctica para analizar los cambios energéticos en sistemas a presión constante, considerando tanto la energía interna como el trabajo de expansión/compresión asociado.