Calor latente de fusión

El calor latente es la energía requerida por una cantidad de sustancia para cambiar de fase, de sólido a líquido (calor de fusión) o de líquido a gaseoso (calor de vaporización). Se debe tener en cuenta que esta energía en forma de calor se invierte para el cambio de fase y no para un aumento de la temperatura.

Desde antiguo se usaba la expresión calor latente para referirse al calor de fusióno de vaporización. Latente, en latín, quiere decir escondido, y se llamaba así porque, al no notarse un cambio de temperatura mientras se produce el cambio de fase (a pesar de añadir calor), éste se quedaba escondido. La idea proviene de la época en la que se creía que el calor era una sustancia fluida denominada calórico. Por el contrario, el calor que se aplica cuando la sustancia no cambia defase, aumenta la temperatura y se llama calor sensible.

Cuando se aplica calor a un trozo de hielo, va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); a partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará hasta que se haya fundido del todo. Esto se debe a que el calor se emplea en la fusión del hielo. Una vez fundido el hielo latemperatura volverá a subir hasta llegar a 100 °C; desde ese momento, la temperatura se mantendrá estable hasta que se evapore toda el agua.

El concepto fue introducido alrededor de 1762 por el químico escocés Joseph Black.

Esta cualidad se utiliza en la cocina, en refrigeración, en bombas de calor y es el principio por el que el sudor enfría el cuerpo.

Es importante saber que cadamateria tiene un calor latente distinto; cada sustancia tiene sus propios calores latentes de fusión y vaporización.

Agua:
de fusión: 334 kJ/kg (79,7 kcal/kg) a 0 °C;
de evaporación: 2257 kJ/kg (538,7 kcal/kg) a 100 °C.
Amoníaco:
de fusión: 753 kJ/kg (180 kcal/kg) a −77,73 °C;
de evaporación: 1369 kJ/kg (327 kcal/kg) a −33,34 °C.
Cuando se expresa el calor latente de una sustancia, esnecesario dar también la temperatura a la que se produce, porque también hay evaporación o fusión, en menor cantidad, a otras temperaturas (por ejemplo, la evaporación del sudor en la piel se produce a temperaturas inferiores a 100 °C) y, en esos casos, el calor latente tiene valores distintos.

El agua tiene un calor de vaporización alto ya que, para romper los puentes de hidrógeno que enlazan lasmoléculas, es necesario suministrar mucha energía; también tiene un calor de fusión alto.

Una de las ventajas del elevado calor de vaporización del agua es que permite a determinados organismos disminuir su temperatura corporal. Esta refrigeración se debe a que, para evaporarse, el agua de la piel (el sudor) absorbe energía en forma de calor del cuerpo, lo que hace disminuir la temperaturasuperficial. Otro buen ejemplo del calor latente de vaporización del agua es cuando se riega el suelo: el agua se evapora y absorbe energía, por lo que el ambiente se refresca.

Como se ha dicho, cuando una sustancia cambia de estado absorbe o cede calor sin que se produzca un cambio de su temperatura. El calor Q que es necesario aportar para que una masa m de cierta sustancia cambie de estado es igual aQ=mL donde L se denomina calor latente de la sustancia y depende del tipo de cambio de estado.

Por ejemplo, para que el agua pase de sólido (hielo) a líquido, a 0 °C se necesitan 334 000 J/kg o 334 kJ/kg. Para que cambie de líquido a vapor a 100 °C se precisan 2 260 000 J/kg.

Los cambios de estado se pueden explicar de forma cualitativa del siguiente modo:

En un sólido los átomos ymoléculas ocupan las posiciones fijas de los nudos de una red cristalina. Un sólido tiene, en ausencia de fuerzas externas, un volumen fijo y una forma determinada.

Los átomos y moléculas vibran, alrededor de sus posiciones de equilibrio estable, cada vez con mayor amplitud a medida que se incrementa la temperatura. Llega un momento en el que vencen a las fuerzas de atracción que mantienen a los...