Entalpio kaj teoremo de Hess
Antaŭ fari eksperimenton de ĥemia reakcio estas bone scii, kiom da varmo estiĝos aŭ konsumiĝos, jam por eviti katastrofajn rezultojn. Ĉiu substanco enhavas energion konservitan en la movoj rektaj, rotaciaj, svingaj, la elektromagnetaj interagoj, la ĥemiaj ligoj. Kiam la kondiĉoj kaj ena strukturo ŝanĝiĝas, parto de tiu energio povas liberiĝi kiel varmo; aŭ inverse, varmo povas konsumiĝi altigante la enan energion de la substancoj. La enan energion U oni ne povas facile mezuri, sed kiam dum reakcio la sistemo, en kiu ĝi okazas, interŝanĝas varmon kun la ĉirkaŭo oni scias, ke parto de tiu varminterŝanĝo rezultiĝas en aŭ el ŝanĝo de la ena energio kaj alia parto estas volumena laboro esprimata per la produkto de premo kaj volumeno pV. Ekzemple, se estiĝas gaso, la volumeno konsiderinde grandiĝas. La sumon de ambaŭ oni nomas entalpio:
\[H = U + pV\]Ĉar oni ne povas mezuri U kaj H absolute oni helpas sin per la diferenco. Multaj ĥemiaj reakcioj okazas ĉe konstanta premo, la atmosfera premo, kaj tiel oni povas apliki la ekvacion:
\[\Delta H = \Delta U + p \cdot \Delta V\]La diferenco \(\Delta H\) respondas al la aldonita aŭ ricevita varmo.
La entalpio dependas de la stato de io: la substanco, premo, temperaturo, sed ne la vojo, lau kiu ĝi atingis tiun staton. Per tio oni povas difini norman entalpion por formado de iu ĥemiaĵo el siaj elementoj1:
| \(\ce{H2O (g)}\) | \(\pu {-241,83 kJ}\) |
| \(\ce{H2O (l)}\) | \(\pu {-285,83 kJ}\) |
| \(\ce{C2H4 (g)}\) | \(\pu {+52,47 kJ}\) |
Ĉi tie norma signifas valida por 25°C kaj 100 kPa. Mola normforma entalpio \(\Delta H_f^0\) estas la entalpio por formi unu molon da iu kombinaĵo el la elementoj sub tiaj kondiĉoj, t.e. ne la reakcio devas okazi sub tiuj kondiĉoj, sed la rezulto sub tiuj kondicoj havas la donitan entalpion. La normforman entalpion de la elementoj (\(\ce{H2, O2, C}\)) oni difinas kiel 0. Negativa entalpio signifas, ke dum la formado liberiĝis varmenergio kaj necesus konsumi varmon por malkombino. Pozitiva entalpio foruzis energion kaj malkombino redonus ĝin.
Tiel oni povas vidi per la supraj nombroj, ke formado de unu molo da likva akvo el hidrogeno kaj oksigeno donas varmenergion de 285,83 kJ; kaj forkonsumiĝas 44 kJ por vaporigi ĝin je 25°C kaj atmosfera premo. Aliflanke por formi unu molon da etileno el karbono kaj hidrogeno forkonsumiĝus 52,47 kJ.
Teoremo de Hess
Pli ĝenerale validas la teoremo de (Germain Henri) Hess: La norma reakcia entalpio estas la diferenco inter la sumoj de normformaj entalpioj de la produkoj kaj de tiuj de la reakciantoj:
\[\Delta H_r^0 = \sum_{prod.}{\Delta H^0_f} - \sum_{reakc.}{\Delta H^0_f}\]Kiam tiu sumo estas pozitiva, la reakcio foruzas varmon, oni nomas ĝin varmeniga, aŭ endoterma. Sed kiam la reakcia entalpio estas negativa, la reakcio eligas varmon, oni nomas ĝin varmeliga, aŭ ekzoterma.