Energía Interna y Entalpia

Energía Interna

Un sistema termodinámico posee una cierta energía que llamamos energía interna (U), debida a la propia constitución de la materia (enlaces de la moléculas, interacciones entre ellas, choques térmicos....). Por lo tanto, la energía total de un sistema es la suma de su energía interna, su energía potencial, su energía cinética, y la debida al hecho de encontrarse sometido a la acción de cualquier campo. (No obstante consideraremos sistemas sencillos que no se encuentran sometidos a ningún campo externo, ni siquiera el gravitatorio).

Puesto que la energía interna del sistema se debe a su propia naturaleza, a las partículas que lo constituyen y la interacción entre ellas, la energía interna es una propiedad extensiva del sistema. Sus unidades son unidades de energía, el Julio.

La Entalpía

La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. El término de entalpía fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850. Matemáticamente, la entalpía H es igual a U + pV, donde U es la energía interna, p es la presión y V es el volumen. H se mide en julios.

H = U + pV

 

La Relación entre la Entalpía y la Energía Interna

H = U + P V, donde P, V, U son funciones de estado. El término P V

representa un término de trabajo.

En la mayoría de las reacciones químicas, el cambio de volumen es pequeño por

lo que qp no difiere mucho de qv. En general la variación de entalpía es

aproximadamente igual a la variación de energía interna en la mayor parte de los

procesos donde solo intervienen sólidos y líquidos.

En las reacciones que intervienen gases, si se considera que estos son ideales, P

V = n R T y sustituyendo en la expresión: U = H - P V

qv= qp -P V = qp - n R T, donde n es la variación en el número de moles de

las sustancias gaseosas que intervienen en la reacción (nº de moles de productos

- nº de moles de reactivos), R es la constante de los gases y T es la temperatura

absoluta.

Se denomina Entalpia de una reacción al calor liberado o absorbido por la misma

cuando ésta ocurre. Con el término de Energía Interna nos referimos al estado

energético de la materia aportada por la energía cinética de las moléculas,

vibraciones, etc. La energía interna (U) está en función de la entalpia (H) de

acuerdo a la ecuación: U = H - P V.

La diferencia es que la energía interna es una energía que existe en el

cuerpo en sí mismo, siempre la tendrá, pero la entalpia es una función de

estado que depende de la energía interna y de otras variables.