¿Por qué la entalpía es una función de estado?

La entalpía h es una función de estado porque se define únicamente en términos de otras funciones de estado:

[matemáticas] h \ equiv u + pv [/ matemáticas]

Donde u, p y v son la energía interna específica, la presión y el volumen específico, respectivamente.

La pregunta más difícil es, ¿por qué son funciones de estado u, p y v ? Sigamos con los sistemas de componentes puros por ahora, y como primer ejemplo, consideraremos las dos funciones de estado más comunes: presión y temperatura.

Imagine que tiene un vaso de agua a 10 [matemáticas] ^ {\ circ} [/ matemáticas] C, y otro a 30 [matemáticas] ^ {\ circ} [/ matemáticas] C, ambos a presión atmosférica. Se les permite ir a temperatura ambiente, que es 20 [matemática] ^ {\ circ} [/ matemática] C. ¿Espera que la densidad del agua en los dos vasos sea la misma? ¿Qué hay de la energía interna? ¿O la entropía?

Sería muy extraño si estas propiedades del agua dependieran de la historia del sistema. Esencialmente significaría que hacer un experimento hoy tendrá resultados diferentes que hacer uno mañana. Sabemos que esto no es cierto (salvo factores obvios como el clima). Esto significa que los sistemas pueden describirse mediante un conjunto de propiedades que solo dependen de su estado actual, no de su historial. Llamamos a estas funciones de estado. La presión y el volumen específico son dos ejemplos, como lo es la energía interna, por lo tanto, por definición, entalpía.

La entalpía se define como H = U + PV

La razón por la cual H es una función de estado es que las tres funciones V, P y U también son funciones de estado. Si cambia el volumen de digamos 1 L a 10 L y vuelve a 1 L realmente no importa cómo lo haga, cuando regrese a 1 L, regresará a un Litro. Período. Lo mismo vale para la presión.

Para U eso no es tan simple, porque el calor q y (varios tipos de) trabajo w son funciones de ruta. Pero la esencia de la Primera Ley es que su suma total no es una función de ruta. La energía U es, en cierto sentido, indestructible y, por lo tanto, una función de estado.

Una respuesta simple es que en termodinámica, una función de estado es aquella que está definida por otras funciones de estado. En este caso, H = U + PV, donde U, P y V son funciones de estado. Hay una prueba simple de esto, pero no puedo pensar en eso de mi cabeza.

La entalpía es la medida del contenido total de energía térmica por unidad de aire seco y humedad asociada.

Dos o más masas de aire pueden tener temperaturas, puntos de rocío y otras características diferentes (p. Ej., Más cálido pero más seco, más frío aún más húmedo), pero tienen la misma entalpía. Si uno conoce la entalpía de una masa de aire dada, no necesariamente conoce las otras características, aunque pueden estar cerca.
Por lo tanto, no llamaría a esto un punto de estado o función de estado.

La entalpía es una función de estado porque su cambio de valor solo depende de los estados inicial y final del sistema y no depende de la forma exacta en que el sistema pasó del estado inicial al final.