Calor de Fusión

Se llama "calor de fusión", la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado sólido, a estado líquido, sin cambiar su temperatura. Esta energía rompe los enlaces de sólidos, y queda una significativa cantidad, asociada con las fuerzas intermoleculares del estado líquido.

Medición del Calor de Fusión

La medición con precisión del calor de fusión del agua L_F requiere que el hielo que se derrita esté perfectamente seco. Lo siguiente muestra que el hielo húmedo producirá un valor inferior al valor estándar.

donde L*_F es el valor experimental obtenido al asumir que toda la masa medida como m_hielo es de hecho hielo. Pero si una masa incremental Δm ya es agua (hielo húmedo), entonces el valor real del calor de fusión se obtiene de:

La expresión final del calor de fusión experimental es

El valor experimental L*_F se ve que es mas pequeño, debido a que el denominador de la primera expresión de arriba del calor latente, contiene la masa completa y por tanto es mas grande. Si tomamos 100 gramos de agua a 40ºC. y la enfriamos a 10ºC., necesitaría 33,3 gramos de hielo perfectamente seco, para ese calor de fusión de 80 cal/gr. Si 1 gramo de los 33,3 gramos medidos ya estuviera fundido, entonces el agua sería enfriada hasta 10,6 ºC., y el valor experimental del calor de fusión sería de 77,6 cal./gr.

Calor de Vaporización

Se llama "calor de vaporización", la energía necesaria para cambiar 1 gramo de sustancia en estado líquida, al estado gaseoso en el punto de ebullición. Esta energía rompe las fuerzas atractivas intermoleculares y también debe proveer la energía necesaria para expandir el gas (el trabajo PDV ). En un gas ideal, ya no hay ninguna energía potencial asociada con las fuerzas intermoleculares. De modo que la energía interna, está completamente en forma de energía cinética molecular. La energía final representada aquí como energía cinética de traslación, no es estrictamente cierta. También hay un poco de energía de vibración y de rotación.

Una característica importante del cambio de fase de vaporización del agua, es el gran cambio en el volumen que lo acompaña. Una mol de agua son 18 gramos, y a la TPE si esa mol la evaporamos a gas, ocupará 22,4 litros. Si el cambio es de agua a vapor a 100°C, en vez de 0°C, entonces por la ley de gas ideal ese volumen se incrementa en la proporción de las temperaturas absolutas, 373K/273K, o sea a 30,6 litros. Comparando esto con el volumen de agua líquida, ha habido un factor de expansión de 30600/18 = 1700, cuando está evaporada a 100°C. Este es un hecho físico que conocen los bomberos, porque ese aumento de 1.700 veces el volumen, cuando en un incendio se rocía el agua sobre una superficie caliente, puede ser explosiva y peligrosa.

Una forma de visualizarlo, es teniendo en cuenta el volumen que ocupa en una probeta graduada 18 ml. de agua en estado líquido, y que corresponden a un número de moléculas igua al número de Avogadro. Si se convirtieran a vapor a 100°C esta misma mol de moléculas de agua, llenaría un globo de 38,8 cm. de diámetro (15,3 pulgadas).