O que é entalpia e qual a sua importância para a termoquímica?

Definição de entalpia

O termo entalpia aparece com frequência no estudo da termoquímica, geralmente associado a algum processo: entalpia de combustão, entalpia padrão de formação, entalpia de neutralização, etc. Apesar de ser uma função de estado muito conhecida, a maioria dos alunos não sabe dar uma definição correta de entalpia. Diante da pergunta "o que é entalpia?", muitos respondem coisas como: "é um tipo de energia" ou então "é sinônimo de calor". Sob certos pontos de vista - e com muita boa vontade - pode-se considerar que essas respostas não estão completamente erradas, como será demonstrado a seguir. Entretanto, elas revelam um desconhecimento da definição exata e precisa do conceito de entalpia.

A definição exata de entalpia (H) é a seguinte: H = U + PV. Ou seja, entalpia é o nome dado à soma entre a energia interna e o produto da pressão pelo volume. É um conceito matemático, abstrato, e não algo material específico como algum tipo de "fluido energético". Por isso que, mesmo tendo unidades de energia (U e o produto PV têm unidade de energia, logo a entalpia também tem unidade de energia) não é adequado se referir à entalpia como "um tipo de energia". Adicionalmente, como U, P e V são funções de estado - propriedades que definem o estado do sistema e cuja variação, para os mesmo estados inicial e final, independe do caminho - a entalpia também é uma função de estado.

Para deixar bem clara a definição de entalpia como um conceito matemático abstrato, imagine que eu invente uma função denominada de "função Thiago", a represente por Th e a defina da seguinte forma: Th = V + m (volume mais massa). Essa "função Thiago" também é uma função de estado, mas provavelmente não será usada por ninguém porque não tem utilidade aparente. Você também pode criar a sua função de estado se quiser, mas muito provavelmente você também não ficará famoso com isso, porque inventar funções de estado é fácil, mas inventar uma que seja útil é difícil!

Mas agora você deve estar se perguntando: se entalpia é simplesmente o nome dado à soma U + PV por que ela é tão importante para a físico-química?

Por que a entalpia é tão importante?

A importância da entalpia está diretamente relacionada à variação de entalpia em processos a pressão constante. Como mostrado em detalhes no vídeo abaixo, para processos isobáricos a variação de entalpia é igual ao calor!

Talvez você ainda não tenha se convencido da importância da entalpia, visto que "processo isobárico" pode parecer algo muito específico, mas lembre-se de que todo processo que ocorre em um recipiente/ambiente aberto (um béquer, um balão reacional, no quintal da sua casa, etc.) é um processo que ocorre a pressão constante. Portanto, o calor de reação, o calor de evaporação, o calor de qualquer processo que ocorra nessas condições é igual à entalpia do processo (por "entalpia do processo" entende-se a "variação de entalpia do sistema decorrente do processo"). Entalpia de combustão, por exemplo, nada mais é do que o calor de combustão, desde que a combustão seja feita a pressão constante. Logo, entalpia não é sinônimo de calor, mas a "entalpia de um processo" (variação de entalpia), a pressão constante, é igual ao calor do processo.

Além disso, o conceito de entalpia de formação, explicado em detalhes neste vídeo, permite que se calcule o calor a pressão constante de qualquer processo sem a necessidade de realizar experimentos. Isso permite determinar, por exemplo, que combustível fornece mais energia sem a necessidade de se realizar diversos experimentos.

Conclusão

Entalpia é o nome dado à função de estado U + PV. Tem unidade de energia e a sua importância para a físico-química reside no fato de que a variação de entalpia, para processos a pressão constante, é igual ao calor do processo. Para mais informações obre termoquímica, veja esta playlist.