Calor latent

La calor latent és l'energia absorbida o lliberada durant un canvi de fase. En el cas de l'aigua, es necessiten 334 kJ per a convertir un quilogram de gèl a 0 °C en aigua, i 2265 kJ per a convertir un quilogram d'aigua a 100 °C en vapor.

La calor latent és la cantitat d'energia requerida per una substància per a canviar de fase, de sòlit a líquit (calor de fusió) o de líquit a gaseós (calor de vaporisació). Es deu tindre en conte que esta energia en forma de calor s'invertix per al canvi de fase i no per a un aument de la temperatura.

Latent, del llatí latens, o amagat, denominació referida al no notar-se un canvi de temperatura del sistema mentres es produïx un canvi de fase (a pesar d'afegir o sostraure energia). L'idea prové de l'época en la que es creïa que la calor era una substància decorreguda denominada calòric. Pel contrari, la calor que s'aplica quan la substància no canvia de fase i aumenta la temperatura, es diu calor sensible.

Quan hi ha calor cap a una porció de gèl, aumenta la seua temperatura fins que aplega al punt de fusió (temperatura de canvi d'estat sòlit a líquit); a partir d'eixe moment, encara que seguixca fluint calor, l'energia aportada s'invertix al canvi d'estat del sistema. Únicament quan tot el sistema ha alcançat el nou estat (en este eixemple l'estat gaseós), es començarà a observar aument de la temperatura del sistema.

El concepte va ser introduït al voltant de 1762 pel químic escocés Joseph Black.

Esta qualitat s'utilisa en la cuina, en refrigeració, en bombes de calor i és el principi pel que el suor gela el cos.

Calor latent d'algunes substàncies

Cada substància té les seues pròpies calors latents de fusió i vaporisació.

Calor Latent

Substància	Fusió			Vaporisació
	°C	kJ/kg	calç/g	°C	kJ/kg	calç/g
Aigua	0	334	79,7	100	2265	539,8
Amoníac	−77,73	753	180	−33,34	1369	327

És important destacar que en mencionar la calor latent, es deu proporcionar la temperatura específica en la que ocorre, ya que (en menor mida) també pot haver evaporament o fusió a atres temperatures. Per eixemple, l'evaporament de la suor en la pell té lloc a temperatures inferiors a 100 °C, en un valor distint de calor latent al que es té en la taula.

L'aigua té una calor de vaporisació alt ya que, per a trencar els ponts d'hidrogen que enllacen les molècules, és necessari suministrar molta energia; també té una calor de fusió alt. Una de les ventages de l'elevada calor de vaporisació de l'aigua és que permet a determinats organismes disminuir la seua temperatura corporal. Esta refrigeració és deguda a que, per a evaporar-se, l'aigua de la pell (per eixemple, la suor) absorbix energia en forma de calor del cos, lo que fa disminuir la temperatura superficial. Un atre bon eixemple de la calor latent de vaporisació de l'aigua és quan es rega el sol: l'aigua s'evapora i absorbix energia, per lo que l'ambient es refresca.

És important saber que no tots els sistemes materials tenen la mateixa calor latent, sino que cada substància té les seues pròpies calors latents de fusió i vaporisació.

Canvis d'estat

Normalment, una substància experimenta un canvi de temperatura quan absorbix o cedix calor a l'ambient que li rodeja. No obstant, quan una substància canvia de fase absorbix o cedix calor sense que es produïxca un canvi de la seua temperatura. La calor Q que és necessari aportar per a que una massa m de certa substància canvie de fase és igual a

$Q=mL$

a on L es denomina calor latent de la substància i depén del tipo de canvi de fase.

Per eixemple, per a que l'aigua canvie de sòlit (gèl) a líquit, a 0 °C es necessiten 334000 J/kg o 334 kJ/kg. Per a que canvie de líquit a vapor a 100 °C es precisen 2260000 J/kg.

Els canvis d'estat es poden explicar de forma qualitativa del següent modo:

En un sòlit els àtoms i molècules ocupen les posicions fixes dels nucs d'una ret cristalina. Un sòlit té en absència de forces externes un volum fix i una forma determinada.

Els àtoms i molècules vibren, al voltant de les seues posicions d'equilibri estable, cada volta en major amplitut a mida que s'incrementa la temperatura. Aplega un moment en el que vencen a les forces d'atracció que mantenen als àtoms en les seues posicions fixes i el sòlit es convertix en líquit. Els àtoms i molècules seguixen units per les forces d'atracció, pero poden moure's uns respecte dels atres, lo que fa que els líquits s'adapten al recipient que els conté pero mantinguen un volum constant.

Quan s'incrementa encara més la temperatura, es vencen les forces d'atracció que mantenen units als àtoms i molècules en el líquit. Les molècules estan alluntades unes de les atres, es poden moure per tot el recipient que les conté i solament interaccionen quan estan molt pròximes entre sí, en el moment en el que choquen. Un gas adopta la forma del recipient que ho conté i tendix a ocupar tot el volum disponible.