As fases das substâncias
Dependendo do grau de agitação térmica (temperatura) dos átomos (ou moléculas) que compõem as substâncias, elas podem se apresentar em três fases: sólida, líquida e gasosa, o que depende da ligação entre os átomos (ou moléculas) da substância.
Dizemos então que temos um sólido, um líquido ou um vapor da respectiva substância.
Os termos relacionados às mudanças de fase são os seguintes:
Quando um sólido passa a receber calor sensível, sua temperatura pode subir somente até ao ponto de fusão (PF) da respectiva substância. A partir daí, caso continue a receber calor, a energia térmica recebida passa a quebar as ligações entre os átomos (ou moléculas), e a temperatura não aumenta mais até que termine toda a fusão, e a substância passe para a fase líquida.
Terminada a fusão, o líquido continua com a mesma temperatura do PF, mas se continuar a receber calor, volta a aumentar a sua temperatura. Agora, o limite para o aumento da temperatura é até ao ponto de ebulição (PE), ou ponto de vaporização (PV). A partir daí, caso continue a receber calor, a energia térmica recebida passa a desagregar completamente os átomos (ou moléculas), passando a vaporizar (transformar em vapor) a substância.
Calor Latente
Calor latente (QL) é aquele que causa a mudança de fase de uma determinada quantidade de substância.
Calor Latente de Fusão (LF)
É uma quantidade específica de calor para fundir 1 unidade de massa de certa substância.
Calor Latente de Vaporização (LV)
É uma quantidade específica de calor para vaporizar 1 unidade de massa de certa substância.
O calor latente de fusão e vaporização são propriedades das substâncias. No S.I. a unidade é joule por quilograma (J/kg), mas usualmente encontramos a caloria por grama (cal/g).
A tabela abaixo apresenta os valores correspondentes para algumas substâncias:
Fusão:
Para não confundirmos a quantidade total de calor latente (QL) para a fusão, com o calor latente de fusão (LF), que é uma propriedade de cada substância, chamaremos a quantidade total de calor para a fusão de QF. (calor para fusão), ou seja, QL=QF.
Exemplo 1
Uma peça de ferro com massa m=400g está no ponto de fusão (1535ᵒC). Qual a quantidade total de calor latente para fundí-la completamente?
Sabe-se que o calor latente de fusão do ferro é LF=64,4cal/g.
Resolução:
Resposta: A quantidade total de calor para fundir completamente a peça de ferro é de 25760cal.
Vaporização (ou Ebulição):
Na vaporização, a quantidade total de calor latente (Q'L) para a vaporização chamaremos de calor para vaporização QV. . Ou seja, Q'L=QV.
Exemplo 2
Dois litros de água estão na temperatura de 100ᵒC. Qual a quantidade total de calor latente para vaporilá-la completamente?
Sabe-se que o calor latente de vaporização da água é LV=540cal/g.
Resolução:
A massa d'água já está no ponto de ebulição (100ᵒC), então, basta vaporizá-la.
A água é a única substância em que em um volume de 1 litro cabe uma massa de 1kg (1000g). Desse modo, em 2 litros temos uma massa de 2000g. Assim:
Resposta: A quantidade total de calor para vaporizar completamente 2 litros de água é de 1080kcal.
Curva de Aquecimento
O gráfico abaixo representa como a temperatura de uma substância varia, e as mudanças de fase que acontecem em função da quantidade de calor que recebe:
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