Secundaria Energía interna y entalpía

[Kuiper]

Buenas tardes. He estado estudiando el tema de termoquímica y me he dado cuenta de que no entiendo varias cosas sobre el primer principio de la termodinámica. El libro no se luce demasiado en la explicación del concepto de entalpía.

Tengo claro que la expresión matemática del primer principio de la termodinámica es:

$\Delta U=q+W=q-p \Delta V$

En los procesos isocóricos (a volumen constante), al no variar el volumen queda:

$\Delta U=q_v$

Es decir, la variación de energía interna en un proceso isócoro es igual al calor intercambiado por el sistema.

En cuanto a los procesos isobáricos (a presión constante), el libro me dice que es conveniente sustituir la energía interna por otra magnitud termodinámica denominada entalpía, H, que se define:

$H=U+pV$

Y no me dice nada más.
Lo que no entiendo es la última fórmula, ¿la energía interna no es U?, ¿por qué sustituye H por q?
Con la información que me dan creo que es muy difícil entenderlo, por tanto me gustaría que alguien me explicara los conceptos de energía interna y entalpía, y los procesos a presión constante.

Tengo alguna duda más, pero creo que resolviendo las expuestas podré solventarlas.

Gracias, un saludo!

[Umbopa]

Re: Energía interna y entalpía

Pues simplemente que en un proceso a presión constante la magnitud dH es igual al calor intercambiado. Ya que :
dH=dU+pdV+Vdp ---> p=cnst --> dH=dU+pdV=dQ
Si en un proceso isócoro el calor es la variación de energía interna , en un isobárico es la variación de entalpia y por eso es conveniente definir H en los procesos isobáricos.

[angel relativamente]

Re: Energía interna y entalpía

Hola Kuiper. Voy a suponer que sabes de dónde sale la fórmula del trabajo en un proceso isobárico:

$$W=-p(V_2 - V_1)$$

Y por el primer principio de la termodinámica sabemos que:

$$\Delta U=Q+W$$

Por tanto:

$$W= \Delta U -Q$$

Igualando (1) y (3):

$$\Delta U -Q=-p(V_2 - V_1)$$

Operando un poco:

$$(U_2 + pV_2) - (U_1 + pV_1)=Q_P$$

Por tanto aprecia que el calor que intercambia un sistema con el entorno cuando el proceso se realiza a presión constante es $\Delta (U+pV)$

Es decir, la variación de $U+pV$ es el calor que se intercambia con el entorno. A eso se le ha definido con el nombre de entalpía, representada con la H, y de ahí que:

$$\Delta H=Q_P$$

el libro me dice que es conveniente sustituir la energía interna por otra magnitud termodinámica denominada entalpía, H, que se define:

Esta frase es bastante confusa, desde luego que la entalpía y la energía interna son cosas distintas. Ahí lo que han intentado decir es que al introducir la entalpía ya no aparecía la energía interna, pues $H=U+pV$, pero ya en esa expresión se ve que no son la misma cosa.

PD: Yo en su día también tuve dudas sobre esto, quizá te interese echarle un vistazo

¡Saludos!

[H2SO4]

Re: Energía interna y entalpía

Quizás la confusión -bastante común, por cierto- provenga de un supuesto falso, como es creer que el calor intercambiado en un proceso dado ha de ser el mismo si el proceso se verifica a volumen constante o si se verifica a presión constante. Y no puede ser el mismo ya que si el volumen varía, el sistema ha de intercambiar energía con el entorno en forma de trabajo, cosa que no ocurre a volumen constante.

De ahí que el calor sea, en un caso, la variación de energía interna, y en el otro la variación de la entalpía, que lleva implícito el trabajo realizado. Naturalmente hay que tener en cuenta sus signos en cada caso.

Saludos

[Kuiper]

Re: Energía interna y entalpía

Muchas gracias por las respuestas.

Ahora me queda una pequeña duda, así que corregid mi afirmación si es incorrecta:
No existe un proceso en el que tanto la presión como el volumen sean constantes, a no ser que la reacción se desplace hacia los productos o reactivos. En este caso debe existir una diferencia de moles entre los dos lados de la reacción.

No se si es correcto lo que digo, pero es lo que me dice la intuición al imaginarme un proceso en el que la presión y el volumen sean constantes.

¡Un saludo!

[Cromwell]

Re: Energía interna y entalpía

Personalmente creo que la entapiza es una magnitud que resulta útil al tratar con sistemas abiertos en el que a la entrada y salida de energía interna hay que añadir la que incluye el termino de presión. En estos casos la utilización del termino entapiza permite hablar de ella diciendo que la entrada neta de calor y trabajo se concreta en una variación de entapiza del sistema(aunque hay también gravitatoria a contabilizar. Pero no conozco ninguna interpretación física de la entapiza. Para mi es solo una herramienta.