Calor Latente

Se define como la cantidad de calor que necesita una sustancia para pasar del estado sólido a líquido o de líquido a gas sin cambio de temperatura. En el caso del agua, el calor latente de fusión del hielo se define como la cantidad de calor que necesita un gramo de hielo para pasar del estado sólido al líquido manteniendo la temperatura constante en el punto de fusión (273 k).
Calor latente de fusión del hielo a 0 0C, 80 cal/g
Calor latente de evaporación del agua a 100 0C, 540 cal/g

Qué ocurre al suministrar calor latente

Si se entrega calor (calor sensible) a cierta masa de hielo cuya temperatura es menor a 0o C a 1 atm de presión, permanecerá en estado sólido hasta que su temperatura alcance los 0o C. En este punto el hielo permanece a temperatura constante y comienza a fundirse (calor latente). La fusión es una transición de fase, una transformación desde la fase sólida ordenada a la fase líquida desordenada. Esta transición ocurre cuando el calor «rompe» algunas de las ligaduras químicas de las moléculas de agua permitiendo así que éstas se muevan más libremente. El hielo se transforma en agua, perdiendo su forma, su rigidez y su estructura cristalina. La temperatura de fusión del hielo es 0o C a 1 atm.

La mezcla de hielo y agua continúa a 0o C hasta que todo el hielo se haya fundido. Cuando sólo hay agua el calor entregado produce aumento de la temperatura. Las ligaduras entre las moléculas de agua son relativamente fuertes, de manera que el calor latente de fusión del agua es grande: se necesitan alrededor de 333 000 J de calor para convertir 1kg de hielo a 0o C en 1kg de agua a 0o C. Esta misma cantidad de calor es suficiente para elevar la temperatura de 1kg de agua líquida en 80 o C ; de manera que se necesita casi la misma cantidad de calor para fundir un trozo de hielo que para calentar el agua resultante casi hasta la temperatura de ebullición.

El calor latente de solidificación reaparece cuando se enfría agua a su temperatura de fusión y comienza a solidificar. A medida que se extrae calor del agua, ésta se solidifica en hielo y su temperatura no desciende. El calor que se libera cuando cierta masa de agua se transforma en hielo, sin cambiar su temperatura, es también el calor latente de fusión. Este enorme calor latente de fusión es lo que mantiene una mezcla de agua y hielo a 0 o C Si se transfiere suficiente cantidad de calor al agua (o al hielo), ésta puede vaporizarse (o sublimarse).

La cantidad de calor necesaria para transformar cierta masa de líquido o de sólido en gas, sin cambiar su temperatura, se denomina calor latente de vaporización o de sublimación respectivamente. El calor latente de vaporización del agua es sorprendentemente alto debido a que sus moléculas son difíciles de separar. Se necesitan alrededor de 2 300 000 J de calor para convertir 1 kg de agua a 100 o C en 1 kg de vapor de agua a 100 o C. Esta misma cantidad de calor elevaría la temperatura de 1 kg de agua en más de 500 o C. Aún más cantidad de calor se necesita para convertir directamente hielo en vapor de agua (sublimación).

Cálculo de la cantidad de calor necesaria para el cambio de estado.

Q = mL Donde:

• L es el calor latente de la sustancia,
• m es la masa de sustancia que cambia de estado.