Come calcolare il calore di fusione

Uno dei concetti chiave in termodinamica è rappresentato dal calore di fusione, che viene definito come la quantità di energia impiegata nel corso della transizione di fase di una mole, dallo stato solido a quello liquido, senza alcuna alterazione della temperatura. Nel sistema internazionale di unità di misura il calore latente viene espresso in J/Kg, cioè si misura in joule su un chilogrammo di sostanza. Ad ogni modo, è possibile che, in alcuni casi, il valore venga indicato in J/mol. Il calore assorbito durante il processo non aumenta o decrementa la temperatura, che rimane costante, bensì agisce sulla forza e sulla coesione dei legami intermolecolari. Se vi trovate alle prese con tali argomenti di chimica, potrete imbattervi in esercizi nei quali viene richiesto di calcolare il calore di fusione di una mole di una data sostanza. Se non sapete come procedere, leggete le indicazioni della guida seguente e vedrete che, al termine della lettura, tutto vi sarà più chiaro e sarete in grado di risolvere speditamente ogni esercizio di questo tipo.

• Manuale di chimica
• Acqua

Prima di passare al calcolo, è bene capire il concetto di calore di fusione. Quest'ultimo misura la quantità di energia richiesta per fondere una data quantità di un solido alla sua temperatura del punto di fusione. In altre parole, rappresenta anche la quantità di energia ceduta quando una data massa di liquido si solidifica. Ad esempio, l'acqua ha un calore di fusione di 80 calorie per grammo; significa che occorrono 80 calorie di energia per sciogliere 1 grammo di ghiaccio alla temperatura di zero gradi °C. I questo esempio, noteremo che il calore guadagnato dal ghiaccio è uguale al calore perso dall'acqua. I valori del calore di fusione differiranno per i diversi materiali, ma in ogni caso viene indicato con il simbolo ?Hf.

Il primo passo per calcolare il calore di fusione è certamente quello di dotarsi di un buon manuale di chimica e leggere con attenzione i capitoli dedicati al calore di fusione, indirizzando il proprio interesse verso le dinamiche che si innescano quando ad un corpo, ad esempio una massa di ghiaccio, viene fornito calore e cambia stato, diventando liquido, senza che vi siano variazioni della temperatura. Chiaramente la quantità di calore fornito fino alla totale transizione di fase sarà tanto elevata quanto maggiore risulterà la massa da fondere. Da ciò si intuisce, quindi, che il calore di fusione è direttamente proporzionale alla massa.

Nel volume di chimica dovrebbe esserci una tabella che riporta i coefficienti di proporzionalità delle varie sostanze, in assenza dei quali dovreste seguire una procedura più lunga per risolvere gli esercizi che vi vengono proposti. Il valore del calore necessario alla transizione dallo stato solido a quello liquido potrà essere ricavato moltiplicando la massa della sostanza al valore del calore latente di fusione, presente nei tabulati. Pertanto, per ricavare la quantità di calore necessaria per far fondere completamente una massa di ghiaccio, occorrerà applicare la formula Q = m x Lf.

Sapendo che, ad esempio, il calore latente di fusione dell'acqua è pari a 3,34 x 10^5 J/Kg, il calore necessario a fondere 2 Kg di ghiaccio, ad una temperatura di 0 gradi centigradi, sarà uguale a 6,68x10^5 J. Chiaramente, se la massa è espressa in grammi, dovete portare il valore indicato da J/Kg a J/mol, tramite una semplice equivalenza. Nel caso in cui non si avessero a disposizione i tabulati, sarà comunque possibile ricavare sperimentalmente il calore latente moltiplicando il calore molare di fusione per massa/peso molecolare e risolvere facilmente l'esercizio, applicando la formula precedente.

In alcuni casi, il solido bypasserà lo stato liquido e passerà allo stato gassoso. Questa trasformazione diretta da solido a gas è chiamata sublimazione. La reazione opposta, ovvero quando un gas si trasforma direttamente in un solido, è nota come deposizione. Pertanto, questi due processi possono essere riassunti nella seguente equazione: ?Hsub = ?Hfus + ?Hvap, dove ?Hsub è la variazione del calore in sublimazione, ?Hfus è il cambiamento di calore nella fusione e ?Hvap è la variazione di calore nella vaporizzazione.

• http://www.chimicamo.org/chimica-fisica/calore-di-fusione-esercizi-svolti.html
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