Latente warmte

Latente warmte, energie die door een stof wordt geabsorbeerd of afgegeven tijdens een verandering in zijn fysische toestand (fase) die plaatsvindt zonder dat de temperatuur verandert. De latente warmte die gepaard gaat met het smelten van een vaste stof of het bevriezen van een vloeistof wordt de fusiewarmte genoemd; die welke gepaard gaat met het verdampen van een vloeistof of een vaste stof of met het condenseren van een damp wordt de verdampingswarmte genoemd. De latente warmte wordt gewoonlijk uitgedrukt als de hoeveelheid warmte (in eenheden van joule of calorie) per mol of massa-eenheid van de stof die een verandering van toestand ondergaat.

Wanneer bijvoorbeeld een pan water aan de kook wordt gehouden, blijft de temperatuur op 100 °C totdat de laatste druppel is verdampt, omdat alle warmte die aan de vloeistof wordt toegevoegd, wordt geabsorbeerd als latente verdampingswarmte en wordt afgevoerd door de ontsnappende dampmoleculen. Op dezelfde manier blijft ijs, terwijl het smelt, bij 0 °C, en het vloeibare water dat met de latente smeltwarmte wordt gevormd, is ook bij 0 °C. De smeltwarmte van water bij 0 °C is ongeveer 334 joule (79,7 calorieën) per gram, en de verdampingswarmte bij 100 °C is ongeveer 2230 joule (533 calorieën) per gram. Omdat de verdampingswarmte zo groot is, bevat stoom veel thermische energie die vrijkomt wanneer het condenseert, waardoor water een uitstekende werkvloeistof is voor warmte-machines.

Latente warmte ontstaat uit de arbeid die nodig is om de krachten te overwinnen die atomen of moleculen in een materiaal bijeenhouden. De regelmatige structuur van een kristallijne vaste stof wordt in stand gehouden door aantrekkingskrachten tussen de afzonderlijke atomen, die lichtjes schommelen rond hun gemiddelde posities in het kristalrooster. Naarmate de temperatuur stijgt, worden deze bewegingen steeds heviger totdat, bij het smeltpunt, de aantrekkingskrachten niet langer voldoende zijn om de stabiliteit van het kristalrooster te handhaven. Er moet echter extra warmte (de latente fusiewarmte) worden toegevoegd (bij constante temperatuur) om de overgang te bewerkstelligen naar de nog meer gedisordende vloeibare toestand, waarin de afzonderlijke deeltjes niet langer in vaste roosterposities worden gehouden, maar vrij door de vloeistof kunnen bewegen. Een vloeistof verschilt van een gas doordat de aantrekkingskrachten tussen de deeltjes nog voldoende zijn om een lange-afstandsorde te handhaven die de vloeistof een zekere mate van cohesie verleent. Wanneer de temperatuur verder stijgt, wordt een tweede overgangspunt bereikt (het kookpunt) waar de lange-afstandsorde onstabiel wordt ten opzichte van de grotendeels onafhankelijke bewegingen van de deeltjes in het veel grotere volume dat door een damp of gas wordt ingenomen. Opnieuw moet extra warmte (de latente verdampingswarmte) worden toegevoegd om de lange-afstandsorde van de vloeistof te verbreken en de overgang naar de grotendeels ongeordende gasvormige toestand te bewerkstelligen.

Latente warmte wordt in verband gebracht met andere processen dan veranderingen tussen de vaste, vloeibare en dampvormige fasen van een enkele stof. Vele vaste stoffen bestaan in verschillende kristallijne modificaties, en de overgangen tussen deze impliceren over het algemeen absorptie of evolutie van latente warmte. Bij het oplossen van een stof in een andere stof komt vaak warmte vrij; als het oplossingsproces een zuiver fysische verandering is, is de warmte een latente warmte. Soms echter gaat het proces gepaard met een chemische verandering, en is een deel van de warmte die welke met de chemische reactie gepaard gaat. Zie ook smelten.