Calor latente

Calor latente, energía absorbida o liberada por una sustancia durante un cambio de su estado físico (fase) que ocurre sin cambiar su temperatura. El calor latente asociado a la fusión de un sólido o a la congelación de un líquido se denomina calor de fusión; el asociado a la vaporización de un líquido o un sólido o a la condensación de un vapor se denomina calor de vaporización. El calor latente se expresa normalmente como la cantidad de calor (en unidades de julios o calorías) por mol o unidad de masa de la sustancia que sufre un cambio de estado.

Por ejemplo, cuando una olla de agua se mantiene en ebullición, la temperatura se mantiene en 100 °C (212 °F) hasta que se evapora la última gota, porque todo el calor que se añade al líquido se absorbe como calor latente de vaporización y es arrastrado por las moléculas de vapor que escapan. Del mismo modo, mientras el hielo se funde, permanece a 0 °C (32 °F), y el agua líquida que se forma con el calor latente de fusión también está a 0 °C. El calor de fusión del agua a 0 °C es de aproximadamente 334 julios (79,7 calorías) por gramo, y el calor de vaporización a 100 °C es de unos 2.230 julios (533 calorías) por gramo. Debido a que el calor de vaporización es tan grande, el vapor transporta una gran cantidad de energía térmica que se libera cuando se condensa, lo que hace que el agua sea un excelente fluido de trabajo para los motores térmicos.

El calor latente surge del trabajo necesario para superar las fuerzas que mantienen unidos los átomos o las moléculas de un material. La estructura regular de un sólido cristalino se mantiene gracias a las fuerzas de atracción entre sus átomos individuales, que oscilan ligeramente en torno a sus posiciones medias en la red cristalina. A medida que aumenta la temperatura, estos movimientos se vuelven cada vez más violentos hasta que, en el punto de fusión, las fuerzas de atracción ya no son suficientes para mantener la estabilidad de la red cristalina. Sin embargo, hay que añadir calor adicional (el calor latente de fusión) para lograr la transición al estado líquido, aún más desordenado, en el que las partículas individuales ya no se mantienen en posiciones fijas de la red, sino que son libres de moverse por el líquido. Un líquido se diferencia de un gas en que las fuerzas de atracción entre las partículas siguen siendo suficientes para mantener un orden de largo alcance que dota al líquido de cierto grado de cohesión. A medida que aumenta la temperatura, se alcanza un segundo punto de transición (el punto de ebullición) en el que el orden de largo alcance se vuelve inestable en relación con los movimientos en gran medida independientes de las partículas en el volumen mucho mayor que ocupa un vapor o un gas. Una vez más, debe añadirse calor adicional (el calor latente de vaporización) para romper el orden de largo alcance del líquido y lograr la transición al estado gaseoso, en gran medida desordenado.

El calor latente está asociado a procesos distintos de los cambios entre las fases sólida, líquida y de vapor de una misma sustancia. Muchos sólidos existen en diferentes modificaciones cristalinas, y las transiciones entre éstas generalmente implican la absorción o evolución del calor latente. El proceso de disolución de una sustancia en otra suele implicar calor; si el proceso de disolución es un cambio estrictamente físico, el calor es un calor latente. A veces, sin embargo, el proceso va acompañado de un cambio químico, y parte del calor es el asociado a la reacción química. Ver también fusión.