O calor latente explica como a energia térmica atua nas mudanças de estado sem variar a temperatura. Esse conceito aparece em fenômenos do dia a dia, como o suor, o ar-condicionado e até na formação das chuvas.
Durante as mudanças de fase, a energia é usada para romper ou formar interações intermoleculares, mantendo a temperatura constante. Esse princípio é essencial em cálculos de curvas de aquecimento e em aplicações práticas da termodinâmica.
Nesse texto, você vai entender os conceitos de calor latente, como aplicá-lo em cálculos, suas diferenças em relação ao calor sensível e exemplos práticos. Acompanhe abaixo.
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Conceito de calor latente
O calor latente é a energia térmica absorvida ou cedida por uma substância durante uma mudança de estado físico. Ao contrário do calor sensível, que altera a temperatura do corpo, o calor latente não provoca variação térmica.
Essa energia é empregada para romper ou formar ligações intermoleculares ao longo da transição de fase, e não para aumentar a energia cinética média das moléculas. Devido a isso é chamado de latente, isto é, “escondido”.
Estados e transições de fase
As mudanças de estado mais comuns são:
- Sólido → Líquido: Fusão (absorve calor);
- Líquido → Sólido: Solidificação (cede calor);
- Líquido → Gasoso: Vaporização (absorve calor; inclui ebulição, evaporação);
- Gasoso → Líquido: Condensação (cede calor);
- Sólido → Gasoso: Sublimação (absorve calor); e
- Gasoso → Sólido: Ressublimação (cede calor).
Para cada tipo de mudança existe um calor latente específico associado. Ex.:
- Lf (fusão);
- Lv (vaporização); e
- Ls (sublimação).
Em termos de entalpia, vale sempre que, à mesma temperatura, a entalpia de sublimação é a soma das entalpias de fusão e vaporização: Ls=Lf+Lv.
Fatores que influenciam o calor latente
Três grandezas controlam a quantidade de calor necessária para produzir uma mudança de estado físico:
- Massa (m): quanto maior a massa que muda de fase, maior a energia necessária;
- Natureza da substância: cada material tem valores específicos de L. Ex.: a água tem valores de Lf e Lv relativamente altos; e
- Pressão: altera as temperaturas de mudança de fase (ponto de fusão/ebulição) e pode influenciar os valores de L; em exercícios de ensino médio, normalmente usa-se valores tabelados à pressão atmosférica (1 atm).
Fórmula fundamental do calor latente
A quantidade de calor latente necessária para que uma massa m mude de fase é:
Onde: QL é a energia trocada (em cal ou J), m é a massa (g se L em cal/g; kg se L em J/kg) e L é o calor latente específico (unidades: cal/g, J/kg, etc.).
Convenção de sinais:
- QL>0 para processos endotérmicos (absorvem calor — fusão, vaporização, sublimação); e
- QL<0 para processos exotérmicos (cedem calor — solidificação, condensação, ressublimação).
Obs.: é importante perceber que o valor numérico de L para o processo inverso tem sinal oposto.
Alguns valores típicos de calor latentes são:
- Fusão do gelo: Lf ≈ 80 cal/g =334,8 kJ/kg (comumente arredondado para 334 kJ/kg); e
- Vaporização da água (a 1 atm): Lv ≈ 540 cal/g = 2260,4 kJ/kg (≈ 2260 kJ/kg).
O Lv da água é muito maior que Lf porque separar totalmente as moléculas para o estado gasoso exige romper ligações intermoleculares com mais energia do que apenas enfraquecê-las para a fusão.
Curvas de aquecimento/resfriamento
Num gráfico temperatura T versus calor adicionado Q (ou tempo em aquecimento a taxa constante), identificam-se:
- Segmentos inclinados: onde o calor é sensível (variação de temperatura dentro de uma fase). A inclinação relaciona-se à capacidade térmica da fase; e
- Segmentos horizontais (patamares): onde ocorre mudança de fase; a temperatura permanece constante enquanto Q aumenta; a extensão do patamar é proporcional a mL.
Esses patamares correspondem aos momentos em que o calor é latente. Observe a representação esquemática abaixo:
Estratégia para resolver problemas
Para resolver questões sobre calor latente em provas e vestibulares, adote uma estratégia clara e sistemática. Siga este passo a passo prático:
- Passo 1: Identificar os estados inicial e final, com suas respectivas temperaturas;
- Passo 2: Dividir o processo em etapas: aquecimento ou resfriamento sensível dentro de cada fase e mudanças de fase com calor latente;
- Passo 3: Aplicar Qs=m⋅c⋅ΔT nas etapas sensíveis e QL=m⋅L nas etapas de mudança de fase;
- Passo 4: Somar algebricamente todos os valores de Q para obter o Qtotal. Em equilíbrio térmico, considerar ∑Q=0; e
- Passo 5: Conferir unidades e sinais em todas as etapas para evitar erros.
Erros comuns
É comum cometer erros em questões de calor latente, por isso é importante atenção a alguns pontos como:
- Esquecer de considerar o patamar de mudança de fase (QL);
- Usar o valor de c ou L correspondente à fase incorreta (ex.: aplicar c da água líquida ao gelo);
- Misturar unidades sem conversão adequada (g × J/kg, cal × J); e
- Desrespeitar a convenção de sinais ao somar os calores.
Exemplos práticos e aplicações
Alguns exemplos práticos do calor latente podem ser observados em:
- Refrigeração e ar condicionado: o refrigerante absorve grande quantidade de calor ao vaporizar e libera calor ao condensar, é o princípio do ciclo frigorífico;
- Transpiração: a evaporação do suor retira calor do corpo porque a vaporização da água exige um grande Lv , promovendo resfriamento;
- Conservação com gelo: o gelo derrete absorvendo o calor latente de fusão, mantendo a temperatura próxima a 0 °C enquanto houver gelo; e
- Perigo de queimaduras por vapor: vapor a 100 °C pode causar queimaduras mais graves que água líquida a 100 °C porque, ao condensar na pele, libera seu elevado calor latente.
Questão do vestibular sobre calor latente
Universidade Regional do Cariri – URCA (2021)
O Calor Latente (L) é a quantidade de calor por unidade de massa (m) que uma substância deve receber ou ceder para realizar uma transição de fase (estado). Sua fórmula é QL=m.L.
Já o Calor Sensível é a quantidade de calor que é transferida entre os corpos, produzindo uma variação em sua temperatura (ΔT). A quantidade de calor sensível é Qc=m.c.ΔT, onde c é o calor específico da substância.
Sabendo que para a água pura, o calor específico vale cH2O=4,2 kJ/kg.°C e o calor latente de vaporização vale LH2O=2,26 kJ/kg, e, para o mercúrio, o calor específico vale cHg=0,14 kJ/kg° e o calor latente de vaporização vale LHg=0,3 kJ/kg a uma temperatura de vaporização THg=357°C.
Considere que as substâncias possuem as mesmas massas e as seguintes afirmações:
I. Partindo de uma temperatura inicial de 25ºC, é necessário menos calor para evaporar toda a massa de água do que evaporar toda a massa de mercúrio.
II. É muito mais difícil resfriar a água do que o mercúrio, que é um metal.
III. Seja a água a 25ºC e o mercúrio a 200ºC, a temperatura aproximada de equilíbrio térmico com as duas massas isoladas trocando calor entre si é 98ºC
É correto afirmar que.
A) Apenas a afirmativa I é correta.
B) Apenas a afirmativa II é correta.
C) Apenas as afirmativas I e II são corretas.
D) Apenas as afirmativas I e III são corretas.
E) Apenas as afirmativas II e III são corretas.
Alternativa Correta:
B
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