エンタルピー

統計力学

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エンタルピー（英語：enthalpy、「熱含量」ともいう)とは、熱力学における示量性状態量のひとつである。物質の発熱・吸熱挙動、及び、外部に対する仕事量にかかわる値である。物質が発熱して外部に熱を出すとエンタルピーが下がり、吸熱して外部より熱を受け取るとエンタルピーが上がる。また、物質が他の物質などに仕事をするとエンタルピーが下がり、外部より仕事を受けるとエンタルピーが上がる。

名称が似ているエントロピー（entropy）とは全く異なる物理量である（エンタルピーの次元はエネルギーの次元[J]と等しいが、エントロピーの次元はエネルギー/温度の[J/K]である）。

定義

エンタルピーHは以下の式により定義される。

$H = U + PV \$

（U:内部エネルギー、P:圧力、V:体積）

名前がよく似ているエントロピーとは全く別の物理量である。ちなみにその定義からエンタルピーHとエントロピーSの間には、次のような関係式があることが容易に示される。

$dH = TdS +Vdp \$

性質

エンタルピーは等圧変化を記述する上で有用な物理量である。

熱力学第一法則より以下が成立する。

$dU=dQ-dW \$

（Q:系に与えた熱量、W:系がなした仕事)

変化が準静的だと仮定すると、d'W=PdVなので、

$dU=d'Q-PdV \$

ところで、Hの定義と全微分公式から、

$dH=dU+PdV+VdP \$

である。上の式をこれに代入すると、

$dH=d'Q-PdV+PdV+VdP=d'Q+VdP \$

となる。ところが、等圧過程においてはdP=0であるから、結局、

$dH=d'Q \$

となる。つまり、準静的な等圧過程においては系に与えた熱量が系のエンタルピーの変化と等しくなっている（これは等積過程において系に与えた熱量が系の内部エネルギー変化に等しくなっていることと対応する）。

この特徴より、等圧熱容量C_Pは以下のように表される。

$C_P=\left(\frac{\partial H}{\partial T}\right)_P \$

反応系外に対して仕事をしない化学反応においては、エンタルピー変化と反応熱は等しい。

圧力ゼロにおいては、エンタルピーと内部エネルギーは等価である。 つまり、閉鎖した領域における熱収支は、たとえ膨張しようが、同じであるということである。

参考文献

• Atkins, P. W. 『アトキンス物理化学』上、千原秀昭・中村亘男訳、東京化学同人、2001年、第6版。ISBN 4-8079-0529-5。

関連項目

• 格子エンタルピー
• エントロピー
• 自由エネルギー
• 示差走査熱量測定
• ジュール＝トムソン効果