Cambios de estado

• Existen seis cambios de estado: fusión, vaporización, sublimación (endotérmicos — absorben calor); solidificación, condensación, deposición (exotérmicos — liberan calor).
• La temperatura permanece constante durante un cambio de estado: la energía va a vencer fuerzas intermoleculares (energía potencial), no a aumentar la energía cinética.
• Calor sensible ($q = mc\Delta T$): cambia $T$, sin cambio de estado → tramos inclinados de la curva.
• Calor latente ($q = mL$): cambia el estado, $\Delta T = 0$ → mesetas horizontales de la curva.
• Una sustancia pura muestra mesetas planas y bien definidas; una mezcla funde en un rango de temperaturas.

$$q = mc,\Delta T \quad \text{(calor sensible)} \qquad q = mL \quad \text{(calor latente)}$$

• $c$: capacidad calorífica específica ($\text{kJ kg}^{-1}\text{K}^{-1}$ o $\text{J g}^{-1}\text{K}^{-1}$)
• $L_f$: calor latente de fusión · $L_v$: calor latente de vaporización
• Datos del agua: $c_\text{hielo} = 2{,}09\ \text{kJ kg}^{-1}\text{K}^{-1}$ · $c_\text{agua} = 4{,}18\ \text{kJ kg}^{-1}\text{K}^{-1}$ · $L_f = 334\ \text{kJ kg}^{-1}$ · $L_v = 2260\ \text{kJ kg}^{-1}$
• Potencia constante → tiempo de meseta: $t = mL/P$

• Fusión (sólido → líquido): endotérmico · Vaporización (líquido → gas): endotérmico · Sublimación (sólido → gas): endotérmico
• Solidificación (líquido → sólido): exotérmico · Condensación (gas → líquido): exotérmico · Deposición (gas → sólido): exotérmico
• Regla rápida: ir hacia el gas = absorbe calor; ir hacia el sólido = libera calor

• En la fusión solo se debilitan las fuerzas intermoleculares (las partículas siguen en contacto en el líquido)
• En la vaporización se rompen por completo — separar las partículas hasta el gas cuesta mucho más
• Para el agua: $L_v = 2260\ \text{kJ kg}^{-1}$ vs $L_f = 334\ \text{kJ kg}^{-1}$ → la vaporización exige ~7 veces más energía

Calcular la energía para convertir 50 g de hielo a $-10\ °\text{C}$ en agua líquida a $20\ °\text{C}$.

Tres etapas (una sola meseta — la fusión a $0\ °\text{C}$). Trabajar en kg ($m = 0{,}050\ \text{kg}$):

• Etapa 1 — calentar el hielo de $-10$ a $0\ °\text{C}$ (sensible):

$$q_1 = mc,\Delta T = 0{,}050 \times 2{,}09 \times 10 = 1{,}05\ \text{kJ}$$

• Etapa 2 — fundir el hielo a $0\ °\text{C}$ (latente):

$$q_2 = mL_f = 0{,}050 \times 334 = 16{,}7\ \text{kJ}$$

• Etapa 3 — calentar el agua de $0$ a $20\ °\text{C}$ (sensible):

$$q_3 = mc,\Delta T = 0{,}050 \times 4{,}18 \times 20 = 4{,}18\ \text{kJ}$$

$$q_\text{total} = 1{,}05 + 16{,}7 + 4{,}18 = 21{,}9\ \text{kJ}$$

La fusión domina aunque la temperatura no cambie — ese es el costo de romper las fuerzas intermoleculares.

• Error frecuente 1: usar $q = mc\Delta T$ con $\Delta T = 0$ durante un cambio de estado → da cero; usar $q = mL$.
• Error frecuente 2: olvidar convertir gramos a kg cuando $L$ está en kJ kg⁻¹.
• Error frecuente 3: sumar un calor sensible innecesario cuando la sustancia ya está a la temperatura de cambio de estado.
• Explicación de partículas para la meseta: "la energía aumenta la energía potencial (rompe fuerzas intermoleculares), no la cinética; por eso $T$ no cambia" — esa frase da el mark.
• Meseta plana = sustancia pura; rango de temperaturas = mezcla; la mezcla también empieza a fundir por debajo del punto de fusión puro.