Calor de Fusión: Definición, fórmula y vaporización

Calor de fusión

La definición de calor de fusión comunica una forma de energía que se libera o se absorbe cuando una cierta cantidad de materia cambia de fase. El calor de fusión se conoce alternativamente como entalpía de fusión. La palabra entalpía se refiere al contenido de calor en un sistema definido. Cuando se suministra energía térmica a una cantidad X de materia Y a presión constante, la entalpía de Y cambia en consecuencia. El cambio de entalpía a una magnitud específica da como resultado un cambio de fase de la materia. Suministrar calor al hielo conduciría eventualmente a su derretimiento; la energía que se utilizó para expandir las moléculas de hielo y hacer la transición del agua de la fase sólida a la líquida es el calor de fusión.

El calor de fusión es un tipo de calor que no se puede observar directamente hasta que se produce el cambio de fase real; no se puede controlar con termómetros porque la temperatura permanece constante durante un cambio de fase. Esto lleva a la conclusión de que el calor de fusión es una forma de calor latente; es un calor “oculto”, como dicta la palabra latente.

La palabra fusión significa fundir o disolver. Sería lógico que el calor de fusión se limite a la materia que cambia de la fase sólida a la líquida a una temperatura fija. Este es el caso cuando la materia absorbe calor. Cuando la materia hace lo contrario al liberar calor, pierde su contenido de calor y pasa de líquido a sólido. La palabra fusión también significa combinar, esto puede tomarse como una retórica para congelar. Se puede deducir que el calor de fusión se utiliza para describir dos cambios de fase:

• De sólido a líquido mediante un proceso físico llamado fusión. Esto ocurre cuando se absorbe una cantidad suficiente de calor en el punto de fusión de la sustancia.
• De líquido a sólido mediante un proceso físico llamado congelación. Esto ocurre cuando la sustancia libera una cantidad suficiente de calor en el punto de congelación (nota: punto de congelación = punto de fusión).

Fórmula de calor de fusión

La ecuación de entalpía de fusión muestra que la cantidad de calor utilizada para provocar un cambio de fase se divide por la masa de la materia que cambia de fase.

{eq}L_f = \frac{Q}{m} {/eq}

Donde {eq}L_f {/eq} es el calor de fusión, Q es la cantidad de calor que se absorbe o libera y m es la masa de materia que cambió de fase. El calor de las unidades de fusión es siempre unidad de energía por unidad de masa. Las unidades comunes para cada variable son las siguientes:

• {eq}L_f {/eq} tiene las unidades de energía por unidad de masa. Las unidades comunes son julios por gramo (J/g), kilojulios por kilogramo (kJ/kg) y calorías por gramo (cal/g).

• Q tiene unidades de energía como julios, kilojulios, calorías, etc.
• m tiene unidades de masa regulares como gramos, kilogramos, libras, etc.

Las unidades siempre deben estar de acuerdo entre sí. La coherencia de las unidades es importante cuando se utiliza la fórmula para los cálculos. Los ejemplos ayudaron a comprender cómo se utiliza la fórmula de entalpía de fusión.

Ejemplo 1: El derretimiento del hielo

Calcule la cantidad de calor necesaria para derretir 10 gramos de hielo si el calor de fusión del agua es 334 J/g.

Datos:

La masa de hielo m = 10g

El calor de fusión del agua = 334 J/g

Desconocido: El calor Q

{eq}Q = L_f \times m {/eq}

{eq}Q = 334 J/g \times 10 = 3340 J {/eq}

Ejemplo 2: La congelación del agua

Teniendo en cuenta que la entalpía de fusión del agua es 334 J/g. Encuentre la masa de agua que se convirtió en hielo si el calor liberado fue igual a 7800 J.

Datos:

Calor liberado = 7800 J

El calor de fusión del agua = 334 J/g

Desconocido: La masa de agua.

{eq}m = \frac{Q}{L_f} {/eq}

{eq}m = \frac{7800J}{334 J/g} = 23,35g {/eq}

Calor de fusión y vaporización

Existen diferentes tipos de calores latentes, cada tipo está dedicado a una transición de fase específica. El calor de vaporización es el calor necesario para convertir una cantidad X de líquido en vapor sin manipular la temperatura. La materia puede cambiar de fase de la siguiente manera:

{eq}Sólido \rightarrow Líquido \rightarrow Gas {/eq}

Hay otras vías en las que la materia cambia de fase; un sólido puede pasar a la fase gaseosa directamente sin pasar a la fase líquida. Sin embargo, este no es el tema de discusión en esta lección.

El calor de vaporización está relacionado con la transición de fase {eq}Líquido \rightarrow Gas {/eq}. Se ha observado que la energía necesaria para evaporar un líquido es mucho mayor que la energía necesaria para fundir un sólido; se necesita más energía para hacer que las moléculas estén más dispersas y dispersas que simplemente “aflojarlas”. Se necesita mucha energía para superar las fuerzas intermoleculares que mantienen unidas las moléculas del líquido.

El calor de vaporización, también conocido como calor de vaporización, se calcula con una fórmula similar a la comentada anteriormente.

Donde {eq}L_H {/eq} es el calor de vaporización; es igual al calor necesario para evaporar un líquido dividido por la masa de la sustancia evaporada. A continuación se muestra una tabla de entalpías de fusión versus vaporización.

Parámetro	Calor de fusión	Calor de vaporización
Tipo de calor	Calor latente	Calor latente
Ocurre en	Temperatura fija: punto de fusión	Temperatura fija: punto de ebullición
Fases involucradas	Sólido a líquido	Líquido a vapor
Magnitud	Pequeño en comparación con el calor de vaporización de la misma sustancia.	Grande en comparación con el calor de fusión de la misma sustancia.

Ejemplo: el calor de la vaporización

¿Cuál es el calor necesario para vaporizar 250 gramos de hierro? Teniendo en cuenta que el calor de vaporización del hierro es igual a 6340 J/g.

Datos:

La masa del hierro m = 250g.

El calor de vaporización del hierro = 6340 J/g

Desconocido: El calor Q

{eq}Q = L_f \times m {/eq}

{eq}Q = 6340 J/g \times 250 = 1585000 J {/eq}

Resumen de la lección

El contenido de calor de una sustancia se describe mediante la entalpía. Existen dos tipos de calores latentes, que son calores necesarios para provocar un cambio de fase sin fluctuar la temperatura, los cuales son:

• El calor latente de fusión, también conocido como entalpía de fusión, que es la energía necesaria para convertir un sólido en líquido en el punto de fusión.
• El calor latente de vaporización, también conocido como entalpía de vaporización, que es la energía necesaria para convertir un líquido en vapor en el punto de ebullición.

El calor latente de fusión es mucho menor que el calor latente de vaporización; Se necesita más energía para separar las moléculas y superar las fuerzas intermoleculares que para aflojarlas un poco. La energía necesaria para hervir un líquido es mayor que la energía necesaria para fundir un sólido. La entalpía de la fórmula de fusión es igual al calor absorbido o liberado para provocar un cambio de fase dividido por la masa de la sustancia que está cambiando de fase: {eq}L_f = Q/m {/eq}. La entalpía de vaporización tiene una fórmula similar; {eq}L_H = Q/m {/eq}. Las unidades de calor son unidades de energía por unidad de masa, como J/g, cal/g, etc.