Calor Latente de Vaporización

EXPERIMENTO # 4

Cuando una sustancia cambia de fase, su arreglo molecular cambia. Si esa nueva configuración tiene una energía interna mayor, entonces la sustancia debe haber absorbido energía en forma de calor para poder efectuar el cambio de fase. Por el contrario si el nuevo arreglo molecular tiene una energía interna menor que la inicial, entonces se libera energía durante el proceso de transición.

Para que el agua a temperatura de ebullición (100 ºC, en condiciones normales) cambie de fase, es decir, se transforme en vapor, se necesita cierta cantidad de energía térmica, la cual se utiliza para romper los enlaces intermoleculares. Vale recalcar que durante este transición, la temperatura de la sustancia no varía (vapor de agua a una temperatura de 100 ºC). Por el contrario, para que el vapor (a 100 ºC) se condense en agua (también a 100 ºC) ha de liberarse energía térmica.

Se conoce como Calor Latente de Vaporización (Lv ) a la cantidad de energía térmica necesaria para convertir un gramo de agua a 100 ºC en un gramo de vapor a esa misma temperatura.

De manera similar, así como el vapor de agua tiene una mayor energía interna que el agua, esta tiene una mayor energía interna que el hielo. Esto se deduce por el hecho que las moléculas de agua requieren de una cierta cantidad de energía para liberarse de las fuerzas que las mantienen fijas en su fase cristalina o en su forma de hielo. Esta misma cantidad de energía se libera cuando las moléculas del agua se enfrían hasta formar el hielo. Por lo tanto, se necesita un determinado flujo de calor para convertir el hielo a su temperatura de fusión 0 ºC, en agua a 0 ºC.

Específicamente, el flujo de calor necesario para convertir un gramo de hielo a 0 ºC, en agua a esa misma temperatura, se llama Calor Latente de Fusión (Lf ).

Calor Latente de Vaporización

Una forma de determinar experimentalmente el calor latente de vaporización Lv consiste en inyectar vapor de agua a una cierta cantidad de agua fría. Cuando el vapor de agua se condensa, se libera el calor o energía térmica en dos procesos: Primero se libera calor, convirtiendo el vapor en agua (cambio de fase) a una misma temperatura de 100ºC (agua hirviendo).

Después, esa agua hirviendo intercambia calor con el agua fría circundante (transferencia de calor) hasta alcanzar una temperatura final de equilibrio (Tfinal) (se detiene el intercambio de energía en el sistema). Este proceso, de acuerdo a la conservación de la energía se puede resumir como: El calor total liberado por el vapor es igual al calor total absorbido por el agua fría. Aplicando:

− ΔQ vapor=ΔQ a/ f (1)

donde:

ΔQ vapor = ΔQ Cambio de fase + ΔQ Transferencia de Calor (2)

Siendo:

ΔQ Cambio de fase=m vapor L v (3)

Y

ΔQ Transferencia de Calor=m vapor Ce agua T

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