エンタルピー

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統計力学
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熱力学 · 気体分子運動論

エンタルピー: enthalpy)とは、熱力学における示量性状態量のひとつである。熱含量ともいう。 エンタルピーはエネルギーの次元をもち、物質の発熱吸熱挙動にかかわる状態量である。 等圧条件下にある系が発熱して外部に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。

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。

定義[編集]

エンタルピー H は内部エネルギー U、圧力 p、体積 V を用いて

H = U + pV

で定義される[1]

完全な熱力学関数[編集]

エンタルピーはエントロピー S、圧力 p、物質量 N の関数 H(S,p,N) と見たときに完全な熱力学関数となる。 このとき、定義式は内部エネルギー U(S,V,N) の V に関するルジャンドル変換

H(S,p,N) = U(S,V(S,p,N),N) + pV(S,p,N)

と見ることが出来る。

また、エンタルピー H(S,p,N) の全微分は

dH = TdS +Vdp +\mu dN

である。ここで T は温度、μ は化学ポテンシャルである。

等圧過程[編集]

圧力 pex の環境にある系が平衡状態の変化をする間に外部に為す仕事は

\delta'W = p_\mathrm{ex} \delta V

である。 一方、エネルギー保存則から

\delta'Q = \delta U +\delta'W = \delta U +p_\mathrm{ex} \delta V

である。 等圧条件下では変化の前後で p=p_\mathrm{ex} であり、\delta p=0 なので

\delta U +p_\mathrm{ex} \delta V =\delta H

となり、

\delta'Q = \delta H

が成り立つ。 つまり、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[1]

また、等圧熱容量 Cp は以下のように表される[2]

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。

脚注[編集]

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  1. ^ a b Atkins (2001)、P61。
  2. ^ Atkins (2001)、P64。

参考文献[編集]

関連項目[編集]