Latentna toplina, energija koju apsorbira ili oslobađa tvar tijekom promjene svog fizičkog stanja (faze) koja se događa bez promjene njene temperature. Latentna toplina povezana s topljenjem krute tvari ili zamrzavanjem tekućine naziva se toplina fuzije; ona povezana isparavanjem tekućine ili krute tvari ili kondenzacijom pare naziva se toplina isparavanja. Latentna toplina obično se izražava kao količina topline (u jedinicama joula ili kalorija) po molu ili jedinici mase tvari koja je podvrgnuta promjeni stanja.
Na primjer, kada se lonac s vodom ključa, temperatura ostaje na 100 ° C (212 ° F) dok posljednja kap ne ispari, jer se sva toplina koja se dodaje tekućini apsorbira kao latentna toplina isparavanja i odvodi molekule para koje izlaze. Slično tome, dok se led topi, ostaje na 0 ° C (32 ° F), a tekuća voda koja nastaje latentnom toplinom fuzije je također na 0 ° C. Toplina fuzije za vodu na 0 ° C iznosi otprilike 334 joula (79,7 kalorija) po gramu, a toplina isparavanja pri 100 ° C oko 2,230 joula (533 kalorija) po gramu. Kako je toplina isparavanja tako velika, para nosi veliku količinu toplinske energije koja se oslobađa kada se kondenzira, što vodu čini izvrsnom radnom tekućinom za toplinske motore.
Latentna toplina nastaje radom koji je potreban za svladavanje sila koje zajedno drže atome ili molekule u materijalu. Pravilnu strukturu kristalne krute tvari održavaju sile privlačenja među njenim pojedinim atomima, koje pomalo osciliraju oko njihovih prosječnih položaja u kristalnoj rešetki. Kako temperatura raste, ti pokreti postaju sve silovitiji sve dok, na talištu, privlačne sile više nisu dovoljne za održavanje stabilnosti kristalne rešetke. Međutim, mora se dodati dodatna toplina (latentna toplina fuzije) (pri konstantnoj temperaturi) da bi se postigao prijelaz u još više neuredno tekuće stanje, u kojem se pojedine čestice više ne drže u fiksnim rešetkama, već su slobodne kretati se kroz tekućinu. Tekućina se razlikuje od plina po tome što su sile privlačenja između čestica još uvijek dovoljne za održavanje redoslijeda dugog dometa koji tečnost daje stanju kohezije. Kako se temperatura dodatno povećava, postiže se druga prijelazna točka (točka vrenja) gdje redoslijed dugog dosega postaje nestabilan u odnosu na uglavnom neovisna gibanja čestica u mnogo većem volumenu zauzetom parom ili plinom. Još jednom se mora dodati dodatna toplina (latentna toplina isparavanja) kako bi se prekinuo dugovječni red tekućine i postigao prijelaz u stanje uglavnom neuređenog plinovitog stanja.
Latentna toplina povezana je s procesima koji nisu promjene među čvrstim, tekućim i isparavajućim fazama pojedine tvari. Mnogo krutih tvari postoji u različitim kristalnim modifikacijama, a prijelazi između tih općenito uključuju apsorpciju ili evoluciju latentne topline. Proces otapanja jedne tvari u drugoj često uključuje toplinu; ako je postupak otopine strogo fizička promjena, toplina je latentna toplina. Međutim, ponekad je postupak popraćen kemijskom promjenom, a dio topline je onaj povezan s kemijskom reakcijom. Vidi također taljenje.
