エンタルピーと熱の違い

エンタルピーと熱の決定的な違いは、エンタルピーが一定圧力下での化学反応時に移動する熱量であるのに対し、熱はエネルギーの一形態であること...です。

エンタルピーと熱の決定的な違いは、エンタルピーが一定圧力下での化学反応時に移動する熱量であるのに対し、熱はエネルギーの一形態であることです。

化学を研究するために、宇宙を「システム」と「周辺」に分けて考えます。システムが調査対象で、それ以外は周辺です。熱とエンタルピーは、システムのエネルギーの流れや性質を表す2つの用語です。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. エンタルピーとは 3. 熱とは 4. 横並び比較 - エンタルピーと熱を表形式で 5. まとめ

エンタルピーは何ですか？

熱力学では、ある系の全エネルギーが内部エネルギーとなる。内部エネルギーとは、システム内の分子の運動エネルギーと位置エネルギーの総和を意味する。システムの内部エネルギーは、システムに働きかけたり、加熱したりすることで変化させることができます。しかし、内部エネルギーの変化と、系が体積を変化させることができたときに熱として移動するエネルギーはイコールではない。

エンタルピーは熱力学的な性質でHと表され、この項の数学的な関係は次のようになる。

H=U+PV

ここで、Hはエンタルピー、Uは内部エネルギー、Pは圧力、Vは系の体積を表します。この式は、一定の圧力で熱として供給されるエネルギーが、エンタルピーの変化と等しいことを表している。pVという用語は、一定の圧力で系の体積を変化させるのに必要なエネルギーを表しています。したがって、エンタルピーとは本来、一定圧力下での反応の熱のことである。

図01：物質の相変化に伴うエンタルピーの変化

また、ある温度と圧力での反応のエンタルピー変化（△H）は、生成物のエンタルピーから反応物のエンタルピーを差し引くことで求めることができます。値が負の場合、その反応は発熱性である。この値が正であれば、熱を吸収する反応である。任意の反応物と生成物の組の間のエンタルピー変化は、それらの間の経路に依存しない。また、エンタルピー変化は反応物の相に依存する。例えば、酸素と水素が反応して水蒸気になると、エンタルピーは-483.7kjに変化するが、同じ反応物が反応して液体になると、エンタルピーは-571.5kjに変化する。

熱は何ですか？

システムが仕事をする能力は、そのシステムのエネルギーである。システムに対して仕事をすることもできますし、システムによって仕事をさせ、それに応じてシステムのエネルギーを増減させることもできます。システムのエネルギーは、仕事そのものだけでなく、他の方法でも変化させることができます。ある系が周囲との温度差によってエネルギーを変化させるとき、このエネルギーを熱（q）と呼ぶ。つまり、エネルギーが熱として移動するのである。

熱の移動は、高温から低温への温度勾配にしたがって行われる。さらに、このプロセスは、システムと周囲の温度が同じレベルに達するまで続けられます。熱伝達のプロセスには2種類ある。それは、吸熱過程と発熱過程である。吸熱過程とは、エネルギーが周囲から熱として入ってくる過程であり、発熱過程とは、熱が熱として系から周囲に移動していく過程である。