Introdução à física/Mudança de fase/Calor latente

O calor latente é o calor adquirido quando um dos materiais de um sistema atinge o ponto de fusão ou de ebulição e o sistema encontra-se em equilíbrio térmico. Ao absorver determinada quantidade deste calor, tais moléculas têm vibração suficiente para serem aprisionadas ou libertadas - e mudam de estado físico. A quantidade de calor necessária para a mudança de fase pode ser dada por:

$Q=mL$

Onde:

• Q é a quantidade de calor latente necessária para a mudança de estado físico, em joules (j);
• m é a massa, em quilogramas (kg);
• L é o calor latente da substância, em joules por quilograma (j/kg).

Você deve perceber que é necessário muito mais calor latente para evaporar um grama de água que um quilograma, sendo assim, a massa da substância acaba tornando-se essencial para a fórmula.

Observações: As unidades geralmente utilizadas, nestes casos, são calorias (cal), gramas (g) e calorias por gramas (cal/g). É possível encontrar, também, a grandeza quantidade de matéria em vez de massa.

Valores para L

Abaixo, veja alguns valores para L em cal/g:

Substância	Fusão	Vaporização	Condensação	Solidificação
Água	79,7	540,7	-540,7	-79,7
Etanol	26,1	201,2	-201,2	-26,1
Metano	13,9	115	-115	-13,9
Propano	19,1	85,1	-85,1	-19,1

Demonstração

Em uma chaleira, encontram-se 300 gramas de água a 25° C. Quanto de calor, em calorias, seria necessário para que toda a água evaporesse, desprezando perdas energéticas com outros meios? Considere o calor específico da água igual a 1 cal.g^-1.°C^-1.

Devemos considerar o calor sensível para se atingir o ponto de ebulição, juntamente ao calor latente:

$Q=(c\times m\times \Delta T)+(m\times L)$

Substituindo-se (como o ponto de ebulição da água é a 100 °C, ΔT = 100 - 25 = 75):

$Q=(1\times 300\times 75)+(300\times 540,7)$

E então:

$Q=184.710$

Assim, seria necessário 184.710 calorias para que toda a água evaporasse.

Sistemas térmicos

Em um sistema térmico, pode ocorrer de haver mudanças de estados físicos. Nestes casos, temos pela lei da conservação do calor (Q = calor sensível ou latente, Q_x calor da fonte):

$\sum Q=Q_{1}+Q_{2}+Q_{3}+...+Q_{n}=Q_{x}$

Devemos, então, considerar o calor latente e o sensível, se necessário.

Demonstração

Em um recipiente homogêneo feito de chumbo de massa 1 kg, há 200 gramas de água. Inicialmente, o sistema estava a 25 °C, e atinge o equilíbrio térmico a 100 °C, sendo que é evaporado uma certa quantidade de água. Sabendo que foi fornecido 76.570 calorias ao sistema, e desprezando qualquer perda energética, quanto de água foi evaporado? Considere o calor específico do ferro igual a 0,1 cal.g^-1.°C^-1 e o da água igual a 1.

$\sum Q=Q_{ferro}+Q_{agua}+Q_{agua\;evaporada}=Q_{x}\to \sum Q=c_{1}m_{1}(T_{f}-T_{1})\;\ +\;\ c_{2}m_{2}(T_{f}-T_{2})\;\ +\;\ m_{3}L=Q_{x}$

Substituindo pelo calor sensível e latente:

$\sum Q=0,1\times 1000\times 75\;\ +\;\ 1\times 200\times 75\;\ +\;\ 540,7m=76.570$

Resolvendo:

$\sum Q=7500+15.000-76.570=-540,7m$

E então:

$m=100$