熱力学の基礎III―エネルギーの種類とエンタルピー

🧠 $U$は分子運動・相互作用・化学エネルギーchemical energy 化学エネルギー（chemical energy）chemical energy（化学エネルギー） など微視的エネルギーの総和 sum 総和（sum） sum（総和） である。 エンタルピーenthalpyエンタルピー（enthalpy）enthalpy（エンタルピー）$H=U+pV$は定圧過程 isobaric process 定圧過程（isobaric process） isobaric process（定圧過程） に便利である。

内部エネルギーからエンタルピーへ

エンタルピーenthalpy エンタルピー（enthalpy）enthalpy（エンタルピー） Hは一定圧力下で体積仕事を含めてエネルギー収支 energy balance エネルギー収支（energy balance） energy balance（エネルギー収支） を扱いやすくする状態関数 state function 状態関数（state function） state function（状態関数） である。体積仕事以外がなければ、定圧過程isobaric process 定圧過程（isobaric process）isobaric process（定圧過程） の熱はΔHに等しい。

熱力学の基礎III―エネルギーの種類とエンタルピーを表す式

$H$、$U$の単位はJ、$pV$もPa·m³=Jである。

定圧過程のエネルギー収支

pV項は環境を押しのけるためのエネルギーを含める。

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='internal energy'>内部エネルギー</span>から<span class='jp-term jp-term-diagram' title='enthalpy'>エンタルピー</span>へ"] --> B
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='isobaric process'>定圧過程</span>の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='energy balance'>エネルギー収支</span>"] --> C
  C["pV項は環境を押しのけるためのエネルギーを含める"] --> D
  D["反応熱を状態差として読む"]

反応熱を状態差として読む

内部エネルギーinternal energy内部エネルギー（internal energy）internal energy（内部エネルギー）に、環境を押しのけるための$pV$項を加えた状態関数 state function 状態関数（state function） state function（状態関数） がエンタルピー enthalpyエンタルピー（enthalpy） enthalpy（エンタルピー）$H=U+pV$である。定圧で$pV$仕事だけを行う過程では$\Delta H$が系へ入る熱に対応するため、生体のエネルギー収支 energy balanceエネルギー収支（energy balance） energy balance（エネルギー収支）や反応熱を整理しやすい。

生体反応や熱量測定はほぼ定圧で扱う。Hを「系が含む熱」と解釈してはいけない。相転移や反応のΔHは過程前後の状態差である。

まとめ

生物を含む系の熱力学では、保存則とエントロピー・自由エネルギーfree energy 自由エネルギー（free energy）free energy（自由エネルギー） の制約 Limitations 制約（Limitations） Limitations（制約） を同時に扱う。¹²

• $U$は分子運動・相互作用・化学エネルギーchemical energy 化学エネルギー（chemical energy）chemical energy（化学エネルギー） など微視的エネルギーの総和 sum 総和（sum） sum（総和） である。エンタルピーenthalpyエンタルピー（enthalpy）enthalpy（エンタルピー）$H=U+pV$は定圧過程 isobaric process 定圧過程（isobaric process） isobaric process（定圧過程） に便利である。
• pV項は環境を押しのけるためのエネルギーを含める。
• 生体反応や熱量測定はほぼ定圧で扱う。