Calore latente: passaggi di stato, unità di misura, diagramma
Il calore latente è l’energia assorbita o ceduta da una specie durante un passaggio di stato senza che vi sia variazione di temperatura.
Il calore latente può essere inteso come energia termica che viene fornita o estratta per cambiare lo stato di una sostanza senza cambiarne la temperatura.
Il chimico e fisico britannico Joseph Black introdusse il termine nella seconda metà del XVIII secolo che deriva dal verbo latino lateo che significa stare nascosto.
Durante un passaggio di stato in cui si ha un equilibrio fisico, come ad esempio solido-liquido, l’energia potenziale immagazzinata sotto forma di forze intermolecolari o interatomiche deve essere superata dall’energia cinetica dovuta al moto delle particelle prima che la sostanza possa cambiare fase.
L’energia coinvolta in un passaggio di stato dipende dal numero di legami e dall’ energia di legame; il numero di legami è proporzionale al numero di molecole e quindi alla massa del campione. La forza di legame dipende dalla specie e pertanto il calore latente è una grandezza intensiva determinata sperimentalmente per ogni tipo di sostanza.
Il calore latente è quindi direttamente proporzionale all’energia assorbita o ceduta nel corso di un cambiamento di fase. Esso è inversamente proporzionale alla massa della specie pertanto:
L = Q/m
L’unità di misura di L nel Sistema Internazionale è J/kg ma, a seconda dei casi si può trovare come kcal/kg o cal/g.
Tipi di calore latente
A seconda del tipo di passaggio di stato si distinguono il calore latente di fusione, di vaporizzazione e di sublimazione .
Si consideri il passaggio di stato solido-liquido: a seguito di riscaldamento una sostanza solida, giunta al punto di fusione, necessita di una certa quantità di energia per vincere le forze attrattive tipiche dello stato solido per passare allo stato liquido.
La stessa energia deve essere sottratta affinché un liquido, giunto alla temperatura di solidificazione, possa passare allo stato solido. Stesso ragionamento può essere fatto per il passaggio di stato liquido-vapore.
Ponendo in un diagramma i dati della temperatura della sostanza contro i dati del calore fornito si ottengono delle curve caratteristiche dette curve di riscaldamento il cui tipico andamento ideale è rappresentato in figura:
La lunghezza dei tratti b e d, la cui proiezione sull’asse delle ascisse fornisce rispettivamente l’ammontare del calore latente di fusione e di quello latente di evaporazione della sostanza pura dipende sia dalla quantità iniziale di sostanza, sia dalla sua natura chimica, sia dalla velocità con la quale la sostanza è riscaldata.
Comunque essi hanno la caratteristica peculiare di un andamento orizzontale che rispecchia la costanza della temperatura in questi intervalli.
