Căldura latentă
Căldura latentă, energia absorbită sau eliberată de o substanță în timpul unei schimbări a stării sale fizice (fază) care are loc fără a schimba temperatura. Căldura latentă asociată cu topirea unui solid sau cu înghețarea unui lichid se numește căldură de fuziune; cea asociată cu vaporizarea unui lichid sau a unui solid sau cu condensarea unui abur se numește căldură de vaporizare. Căldura latentă este în mod normal exprimată ca fiind cantitatea de căldură (în unități de jouli sau calorii) pe mol sau unitate de masă a substanței care suferă o schimbare de stare.
© T.Tulic/Fotolia
De exemplu, atunci când o oală cu apă este menținută la fierbere, temperatura rămâne la 100 °C (212 °F) până când se evaporă și ultima picătură, deoarece toată căldura care se adaugă lichidului este absorbită sub formă de căldură latentă de vaporizare și transportată de moleculele de vapori care scapă. În mod similar, în timp ce gheața se topește, rămâne la 0 °C (32 °F), iar apa lichidă care se formează cu căldura latentă de fuziune este, de asemenea, la 0 °C. Căldura de fuziune a apei la 0 °C este de aproximativ 334 jouli (79,7 calorii) pe gram, iar căldura de vaporizare la 100 °C este de aproximativ 2.230 jouli (533 calorii) pe gram. Deoarece căldura de vaporizare este atât de mare, aburul transportă o mare cantitate de energie termică care este eliberată atunci când se condensează, ceea ce face ca apa să fie un fluid de lucru excelent pentru motoarele termice.
Căldura latentă provine din munca necesară pentru a învinge forțele care țin împreună atomii sau moleculele dintr-un material. Structura regulată a unui solid cristalin este menținută de forțele de atracție dintre atomii săi individuali, care oscilează ușor în jurul pozițiilor lor medii în rețeaua cristalină. Pe măsură ce temperatura crește, aceste mișcări devin din ce în ce mai violente până când, la punctul de topire, forțele de atracție nu mai sunt suficiente pentru a menține stabilitatea rețelei cristaline. Cu toate acestea, trebuie să se adauge căldură suplimentară (căldura latentă de fuziune) (la temperatură constantă) pentru a realiza tranziția la starea lichidă și mai dezordonată, în care particulele individuale nu mai sunt menținute în poziții fixe în rețea, ci sunt libere să se deplaseze prin lichid. Un lichid se deosebește de un gaz prin faptul că forțele de atracție dintre particule sunt încă suficiente pentru a menține o ordine la distanță mare care conferă lichidului un anumit grad de coeziune. Pe măsură ce temperatura continuă să crească, se atinge un al doilea punct de tranziție (punctul de fierbere), în care ordinea la distanță devine instabilă în raport cu mișcările în mare măsură independente ale particulelor în volumul mult mai mare ocupat de un vapor sau de un gaz. Încă o dată, trebuie să se adauge căldură suplimentară (căldura latentă de vaporizare) pentru a rupe ordinea cu rază lungă de acțiune a lichidului și pentru a realiza tranziția la starea gazoasă în mare parte dezordonată.
Căldura latentă este asociată cu alte procese decât schimbările dintre fazele solidă, lichidă și de vapori ale unei singure substanțe. Multe solide există în diferite modificări cristaline, iar tranzițiile între acestea implică, în general, absorbția sau evoluția căldurii latente. Procesul de dizolvare a unei substanțe în alta implică adesea căldură; dacă procesul de dizolvare este o schimbare strict fizică, căldura este o căldură latentă. Uneori, însă, procesul este însoțit de o modificare chimică, iar o parte din căldură este cea asociată cu reacția chimică. Vezi și topire.
.