エンタルピー

エンタルピー（）とは、熱力学における示量性状態量のひとつである。熱含量（ねつがんりょう、）とも。エンタルピーはエネルギーの次元をもち、物質の発熱・吸熱挙動にかかわる状態量である。等圧条件下にある系が発熱して外部に熱を出すとエンタルピーが下がり、吸熱して外部より熱を受け取るとエンタルピーが上がる。

名称はカメルリング・オネスによる。

定義 
内部エネルギーを 、圧力を 、体積を  として、エンタルピー は

で定義される。

完全な熱力学関数 

エンタルピーはエントロピー 、圧力 、物質量  を変数とする関数  と見たときに完全な熱力学関数となる。このとき、定義式は内部エネルギー  の  に関するルジャンドル変換

と見ることが出来る。

エンタルピー  の各変数による偏微分は

で与えられる。ここで  は熱力学温度、 は成分  の化学ポテンシャルである。従って、エンタルピー  の全微分は

となる。

等圧過程 

外圧  の環境にある系が、ある平衡状態から別の平衡状態へ変化する過程を考える。系の体積変化に伴う仕事以外の仕事がないとき、すなわち非膨張仕事がないときには、系が外部に為す仕事は

であり、系が外部から受け取る熱  はエネルギー保存則から

となる。
等圧条件下では変化の前後で なので、エンタルピーの定義から

となる。従って

が成り立つ。つまり、非膨張仕事がない等圧過程においては、系に与えた熱  が系のエンタルピーの変化と等しくなっている。

温度  の環境にある系内での化学反応において、系から外部に放出された熱は反応熱  に等しい。系から外部に放出された熱は、系が外部から吸収する熱と符号が逆になるから

が成り立つ。つまり、熱浴の温度と外圧が一定の化学反応においては、非膨張仕事がなければエンタルピー変化と反応熱は符号が逆で大きさが等しい。

温度による表示 
完全な熱力学関数としてのエンタルピーの変数はエントロピー 、圧力 、物質量  であるが、実用上はエントロピー  に変えて熱力学温度  を変数として表されることが多い。閉鎖系で物質量の変化を考えない場合には、エンタルピー  の温度による偏微分は

として等圧熱容量で与えられる。一方、エンタルピー  の圧力による偏微分は

として、体積を温度と圧力で表した状態方程式によって表される。この関係式は熱力学的状態方程式と呼ばれる。
熱膨張係数  で表せば

となる。

気体のエンタルピー 
低圧領域において実在気体の状態方程式をビリアル展開

の形で書くと、エンタルピーの圧力による偏微分は

となる。従って、低圧領域においてエンタルピーは

で表される。ここで

である。

脚注

参考文献

関連項目 
 格子エンタルピー
 熱力学ポテンシャル
 内部エネルギー
 エントロピー 
 自由エネルギー
 示差走査熱量測定
 ジュール＝トムソン効果

外部リンク 
 

熱力学
物理化学
状態量