Calor latente

calor latente de fusión y vaporización

Resolución de problemas

calor latente de fusión y calor latente de solidificación

Para que un sólido pase al estado líquido debe absorber la energía necesaria a fin de destruir las uniones entre sus moléculas.

Por tanto, mientras dura la fusión no aumenta la temperatura. Ejemplo: para fundir el hielo o congelar el agua sin cambio en la temperatura se requiere un intercambio de 80 calorías por gramo. El calor requerido para este cambio en el estado físico del agua sin que exista variación en la temperatura recibe el nombre de calor latente de fusión o simplemente calor de fusión del agua

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El calor latente de fusión es una propiedad característica de cada sustancia, pues según el material de que esté hecho el sólido requerirá cierta cantidad de calor para fundirse. Por definición: el calor latente de fusión de una sustancia es la cantidad de calor que requiere ésta para cambiar 1 g de sólido a 1 g de líquido sin variar su temperatura. Matemáticamente se escribe de la siguiente forma:

Tabla de calor latente de fusión

Como lo contrario de la fusión es la solidificación, la cantidad de calor requerida por una sustancia para fundirse, es la misma que cede cuando se solidifica. Por tanto, respecto a una sustancia el calor latente de fusión es igual al calor latente de solidificación, pero con signo negativo. En el siguiente cuadro se dan algunos valores del calor latente de fusión para diferentes sustancias.

Calor latente de vaporización y calor latente de condensación

A una presión determinada todo líquido calentado hierve a una temperatura fija que constituye su punto de ebullición. Éste se mantiene constante independientemente del calor suministrado al líquido, pues si se le aplica mayor cantidad de calor, habrá mayor desprendimiento de burbujas sin cambio en la temperatura del mismo. Cuando se produce la ebullición se forman abundantes burbujas en el seno (parte interna) del líquido, las cuales suben a la superficie desprendiendo vapor.

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Este calor necesario para cambiar de estado sin variar de temperatura se llama calor latente de vaporización del agua o simplemente calor de vaporización. Por definición: el calor latente de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor que requiere para cambiar 1 g de líquido en ebullición a 1 g de vapor, manteniendo constante su temperatura. Matemáticamente se escribe de la siguiente forma:

Tabla de calor latente de vaporización

Como lo contrario de la evaporación es la condensación, la cantidad de calor requerida por una sustancia para evaporarse es igual a la que cede cuando se condensa. Por tanto, respecto a una misma sustancia el calor latente de vaporización es igual al calor latente de condensación, pero con signo negativo. En el siguiente cuadro se citan algunos valores del calor latente de vaporización para diferentes sustancias.

Ejemplos

Ahora veamos cómo aplicar estas fórmulas con unos ejemplos. Cabe señalar que, para resolver problemas de este tipo, tendremos que utilizar los calores específicos de las sustancias de acuerdo con la siguiente tabla, así como la fórmula de calor específico:

Ejemplo 1

Un hielo de 200 g se encuentra a -15°C, ¿qué cantidad de calor se requiere para convertir el hielo a su fase líquida a 25°C?

Para darle solución a esta problemática, lo tendremos que realizar en pasos.

Ejemplo 1: 5 pasos

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Ejemplo 1: Procedimiento

Un hielo de 200 g se encuentra a -15°C, ¿qué cantidad de calor se requiere para convertir el hielo a su fase líquida a 25°C?

Ejemplo 2

¿Cuál será el calor total necesario para que 400g de hielo a -30°C se transformen a vapor a 120°C?

Para este ejemplo, se ocupan casi los mismos pasos que el ejemplo anterior, pero agregando algunos más. Veamos:

Ejemplo 2: 7 pasos

1.

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6.

2.

3.

7.

4.

Ejemplo 2: Procedimiento

¿Cuál será el calor total necesario para que 400g de hielo a -30°C se transformen a vapor a 120°C?

Ejemplo 3

¿Cuánto calor cede al ambiente, una muestra de 250 g de vapor de agua a 110°C que se enfría y condensa hasta llegar una temperatura de 25°C?

Para este ejemplo, se ocupan casi los mismos pasos que el primer ejemplo, pero los valores serán negativos debido a que se pierde calor. Veamos:

Ejemplo 3: 5 pasos

4.

1.

2.

5.

3.

Ejemplo 3: Procedimiento

¿Cuánto calor cede al ambiente, una muestra de 250 g de vapor de agua a 110°C que se enfría y condensa hasta llegar una temperatura de 25°C?

¡gracias!

Esto significa que, si se saca de un congelador, cuya temperatura es de -26 °C, un pedazo de hielo de masa igual a 100 g y se pone a la intemperie, el calor existente en el ambiente elevará la temperatura del hielo, y al llegar a 0 °C y seguir recibiendo calor se comenzará a fundir. A partir de ese momento todo el calor recibido servirá para que la masa de hielo se transforme en agua. Como requiere 80 calorías por cada gramo, necesitará recibir 8 mil calorías del ambiente para fundirse totalmente. Cuando esto suceda, el agua se encontrará aún a 0 °C y su temperatura se incrementará sólo si continúa recibiendo calor, hasta igualar su temperatura con la del ambiente.

Si se continúa calentando un líquido en ebullición, la temperatura ya no sube, esto provoca la disminución de la cantidad del líquido y aumenta la del vapor. Al medir la temperatura del líquido en ebullición y la del vapor se observa que ambos estados tienen la misma temperatura, es decir, coexisten en equilibrio termodinámico. A presión normal (1 atm 5 760 mm de Hg), el agua ebulle y el vapor se condensa a 100 °C, a esta temperatura se le da el nombre de punto de ebullición del agua. Si se desea que el agua pase de líquido a vapor o viceversa sin variar su temperatura, necesita un intercambio de 540 calorías por cada gramo.