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17.5 Cambio de fase 359
partículas del sólido aumentan gradualmente y su temperatura se eleva. Al cabo del tiempo,
la energía cinética se vuelve tan grande que algunas de las partículas rebasan las fuerzas elásticas
que las mantenían en posiciones fijas. La mayor separación entre ellas les da la libertad
de movimiento que asociamos con la fase líquida. En este punto, la energía absorbida por la
sustancia se usa para separar más las moléculas que en la fase sólida. La temperatura no aumenta
durante tal cambio de fase. El cambio de fase de sólido a líquido se llama fusión, y la
temperatura a la cual se produce ese cambio se conoce como el punto de fusión.
La cantidad de calor requerido para fundir una unidad de masa de una sustancia en su
punto de fusión se llama el calor latente de fusión de esa sustancia.
El calor latente de fusión Lf de una sustancia es el calor p o r u nidad de masa
necesario para ca m b ia r la sustancia de la fase sólida a la líquida a su te m p e ra ­
tura de fusión.
Q
Lf = ~ Q = mLf (17.6)
El calor latente de fusión L se expresa en joules por kilogramo (J/kg), calorías por
gramo (cal/g), o Btu por libra (Btu/lb). A 0°C, 1 kg de hielo absorberá aproximadamente
334 000 J de calor en la formación de 1 kg de agua a 0°C. Por tanto, el calor latente de fusión
para el agua es de 334 000 J/kg. El término latente surge del hecho de que la temperatura
permanece constante durante el proceso de fusión. El calor de fusión en el caso del agua es
cualquiera de los siguientes:
3.34 X 105J/kg 334 J/g
80 cal/g o 144 Btu/lb
Después de que todo el sólido se funde, la energía cinética de las partículas del líquido
resultante aumenta de acuerdo a su calor específico, y la temperatura se incrementa de nuevo.
Finalmente, la temperatura llegará a un nivel en el que la energía térmica se usa para cambiar
la estructura molecular, formándose un gas o vapor. El cambio de fase de un líquido a vapor
se llama vaporización, y la temperatura asociada con este cambio se llama el punto de ebullición
de la sustancia.
La cantidad de calor necesaria para evaporar una unidad de masa se llama calor latente
de vaporización.
El calor latente de vaporización Lv de una sustancia es el calor p o r u nidad de
masa necesario para cam b ia r la sustancia de líq u id o a va p o r a su te m p e ra tu ra
de e bullició n .
L, = £ Q = mLv (17.7)
El calor latente de vaporización Lv se expresa en unidades de joule por kilogramo, calorías
por gramo, o Btu por libra. Se ha encontrado que 1 kg de agua a 100°C absorbe 2 260 000 J
de calor en la formación de 1 kg de vapor a la misma temperatura. El calor de vaporización para
el agua es
2.26 XIO6 J/kg 2260 J/g
540 cal/g o bien 970 Btu/lb
Los valores correspondientes al calor de fusión y al calor de vaporización de muchas sustancias
se muestran en la tabla 17.2. Están dados en unidades del SI y en calorías por gramo.
Debe observarse que los equivalentes de Btu por libra (Btu/lb) se pueden obtener multiplicando
el valor en cal/g por (9/5). Estos valores difieren únicamente debido a la diferencia en
las escalas de temperatura. Se ha dado un gran apoyo al uso industrial de las unidades del SI
de J/kg tanto para el L como el L ; sin embargo, pocas empresas de los Estados Unidos han
hecho estas conversiones.