La entalpía es una magnitud termodinámica que se emplea en ciencia e ingeniería para evaluar el intercambio de calor y trabajo en procesos a presión constante. El término proviene del griego enthalpos (ενθαλπος), que se traduce como “poner calor”. La palabra y la idea fueron introducidas por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes en 1909.

De forma intuitiva, la entalpía resume dos contribuciones a la energía de un sistema: la energía interna y el trabajo asociado al volumen que ocupa el sistema frente a su entorno (el llamado trabajo de presión-volumen). Por eso se define mediante la expresión

H = U + pV

donde U es la energía interna, p la presión y V el volumen. H tiene las mismas unidades que la energía (en el Sistema Internacional, julios, J). La entalpía es una función de estado: su valor depende únicamente del estado termodinámico del sistema (por ejemplo, p, V, T) y no del camino seguido para llegar a ese estado.

Variación de entalpía y calor a presión constante

En un proceso que ocurre a presión constante y cuando el único trabajo realizado es el trabajo de expansión (trabajo PV), la variación de entalpía ΔH coincide con la cantidad de calor intercambiada a presión constante:

ΔH = Q_p

Esta relación se obtiene a partir de la primera ley de la termodinámica y de la definición H = U + pV. Es importante señalar que esto vale para procesos cerrados sin otros tipos de trabajo (eléctrico, mecánico no PV, etc.) y con presión externa igual a la presión del sistema.

Propiedades útiles de la entalpía

  • Función de estado: ΔH depende sólo de los estados inicial y final, lo que permite aplicar la ley de Hess para sumar cambios de entalpía de pasos intermedios.
  • Convención de signos: ΔH < 0 indica un proceso exotérmico (se libera calor), ΔH > 0 indica un proceso endotérmico (se absorbe calor).
  • Entalpía molar y específica: a menudo se usa la entalpía por unidad de sustancia (H̄, entalpía molar) o por unidad de masa (h, entalpía específica) para comparar sustancias.

Relación con capacidades caloríficas

Para un gas ideal, la variación de entalpía con la temperatura a presión constante se expresa mediante la capacidad calorífica molar a presión constante Cp:

ΔH = n Cp ΔT

si Cp se considera constante en el rango de temperatura. Para gases ideales también se cumple la relación de Mayer: Cp − Cv = R (R constante de los gases), donde Cv es la capacidad calorífica a volumen constante.

Entalpías estándar y reacciones químicas

En química se usan las entalpías estándar de formación (ΔHf°), que son las variaciones de entalpía al formar 1 mol de una sustancia a partir de sus elementos en sus estados estándar (normalmente 1 bar y 298,15 K). La entalpía estándar de una reacción se calcula como

ΔH°_rxn = Σ ν_p ΔHf°(productos) − Σ ν_r ΔHf°(reactantes)

Esta propiedad permite predecir si una reacción es globalmente exotérmica o endotérmica y cuantificar el calor liberado o absorbido.

Ejemplos prácticos

  • Calentamiento de un gas ideal a presión constante: Si se calienta 1 mol de gas ideal desde T1 hasta T2 a presión constante, la variación de entalpía es ΔH = Cp·(T2 − T1). Ese calor debe suministrarse externamente (Q = ΔH) si el proceso es realizado lentamente y sin otras pérdidas.
  • Cambio de fase (fusión o vaporización): En un proceso isoterma a la temperatura de cambio de fase, la energía aportada es un calor latente que equivale a la variación de entalpía de la transformación (por ejemplo, entalpía de vaporización ΔHvap o de fusión ΔHfus).
  • Reacción química de combustión: La entalpía de combustión (negativa si la reacción es exotérmica) se calcula a partir de entalpías estándar de formación y sirve para dimensionar intercambiadores de calor, cámaras de combustión y para balances energéticos en ingeniería.
  • Expansión de un gas en un pistón a presión constante: Si el sistema absorbe calor Q y realiza trabajo pΔV, la variación de la energía interna U es ΔU = Q − pΔV, pero la variación de entalpía ΔH = ΔU + Δ(pV) = Q_p (porque la pΔV se cancela cuando la presión es constante), lo que facilita el cálculo del trabajo y del intercambiado de energía.

Aplicaciones

La entalpía se emplea en análisis de procesos industriales (centrales térmicas, refrigeración, HVAC), en la determinación de balances de energía, en calorimetría y en termodinámica química para predecir y cuantificar calor liberado o absorbido en reacciones.

Resumen

  • Definición: H = U + pV.
  • En procesos a presión constante sin otro trabajo: ΔH = Q_p.
  • Propiedad de estado: permite usar la ley de Hess y tablas (por ejemplo, entalpías estándar de formación).
  • Unidades: julio (J) en el SI; a menudo se usan kJ/mol en química.

Si quieres, puedo añadir ejemplos numéricos resueltos (por ejemplo, cálculo de ΔH para una reacción de combustión o para la vaporización de agua) o tablas con valores típicos de entalpías estándar de formación.