Calor latente

Calor latente, energia absorvida ou liberada por uma substância durante uma mudança em seu estado físico (fase) que ocorre sem alterar sua temperatura. O calor latente associado à fusão de um sólido ou ao congelamento de um líquido é chamado de calor de fusão; aquele associado à vaporização de um líquido ou sólido ou à condensação de um vapor é chamado de calor de vaporização. O calor latente é normalmente expresso como a quantidade de calor (em unidades de joules ou calorias) por mole ou massa unitária da substância submetida a uma mudança de estado.

Por exemplo, quando um pote de água é mantido em ebulição, a temperatura permanece a 100 °C (212 °F) até a última gota evaporar, porque todo o calor sendo adicionado ao líquido é absorvido como calor latente de vaporização e levado pelas moléculas de vapor em fuga. Da mesma forma, enquanto o gelo derrete, ele permanece a 0 °C (32 °F), e a água líquida que se forma com o calor latente de fusão também está a 0 °C. O calor de fusão da água a 0 °C é de aproximadamente 334 joules (79,7 calorias) por grama, e o calor de vaporização a 100 °C é de aproximadamente 2.230 joules (533 calorias) por grama. Como o calor de vaporização é tão grande, o vapor transporta uma grande quantidade de energia térmica que é liberada quando condensa, fazendo da água um excelente fluido de trabalho para motores de calor.

Calor latente surge do trabalho necessário para superar as forças que se prendem aos átomos ou moléculas de um material. A estrutura regular de um sólido cristalino é mantida por forças de atração entre seus átomos individuais, que oscilam ligeiramente em torno de suas posições médias na malha cristalina. À medida que a temperatura aumenta, estes movimentos tornam-se cada vez mais violentos até que, no ponto de fusão, as forças de atracção já não são suficientes para manter a estabilidade da rede de cristais. No entanto, deve-se adicionar calor adicional (o calor latente da fusão) (a temperatura constante) para realizar a transição para o estado líquido ainda mais desordenado, no qual as partículas individuais não são mais mantidas em posições fixas da malha, mas estão livres para se movimentarem através do líquido. Um líquido difere de um gás na medida em que as forças de atração entre as partículas ainda são suficientes para manter uma ordem de longo alcance que dota o líquido de um grau de coesão. Conforme a temperatura aumenta ainda mais, um segundo ponto de transição (o ponto de ebulição) é atingido onde a ordem de longo alcance se torna instável em relação aos movimentos largamente independentes das partículas no volume muito maior ocupado por um vapor ou gás. Mais uma vez, calor adicional (o calor latente da vaporização) deve ser adicionado para quebrar a ordem de longo alcance do líquido e realizar a transição para o estado gasoso largamente desordenado.

Calor latente está associado a processos que não sejam mudanças entre as fases sólida, líquida e de vapor de uma única substância. Muitos sólidos existem em diferentes modificações cristalinas, e as transições entre eles geralmente envolvem absorção ou evolução de calor latente. O processo de dissolução de uma substância em outra frequentemente envolve calor; se o processo de solução é uma mudança estritamente física, o calor é um calor latente. Algumas vezes, no entanto, o processo é acompanhado por uma mudança química, e parte do calor é aquela associada à reação química. Veja também derretimento.