1. Qumica General

2. QUMICA GENERAL Principios y aplicaciones modernas DCIMA EDICIN 3. QUIMICA GENERAL Principios y aplicaciones modernas DCIMA EDICINRalph H. Petrucci California State University, San BernardinoF. Geoffrey Herring University o f British ColumbioJeffry D. Madura Duquesne UniversityCarey Bissonnette University o f WaterlooTraduccin: Concepcin Pando Garca-Pumarino Nerea Iza Cabo Universidad Complutense de MadridRevisin Tcnica: Juan A . Rodrguez Renuncio Universidad Complutense de MadridPrentice Hall es un sello editorial de PEARSO N Harlow, England London New York Boston San Francisco Toronto Sydney Singapore Hong Kong Tokyo Seoul Taipei New Delhi Cape Town Madrid Mexico City Amsterdam Munich Paris Milan 4. ________________________________yC b to sd e catalo g acin bibliogrficaRalph H. Petrucci, F. Geoffrey Herring, Jeffry D. Madura y Carey Bissonnette Qumica General. Dcima edicin PEARSON EDUCACIN, S. A., Madrid, 2011 ISBN: 978-84-8322-680-3 Materia: 54, Qumica Formato: 215 X 270 mmPginas: 1432Cualquier forma de reproduccin, distribucin, comunicacin pblica o transformacin de esta obra solo puede ser realizada con la autorizacin de sus titulares, salvo excepcin prevista por la ley. La infraccin de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sgts. Cdigo penal). Dirjase a CEDRO (Centro Espaol de Derechos Reprogrficos: www.cedro.org), si necesita fbtocopiar o escanear algn fragmento de esta obra.DERECHOS RESERVADOS 2011, PEARSON EDUCACIN, S.A. Ribera del Loira, 28 28042 Madrid (Espaa) ISBN: 978-84-8322-680-3Authorized translation from the Enflish language edition, entitled GENERAL CHEMISTRY: PRINCIPLES AND MODERN APPLICATIONS, 10* Edition by RALPH PETRUCCI; F. HERRING; JEFFRY MADURA; CAREY BISSONNETTE, published by Pearson Education Canada, Inc, Copyright 2011 All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any from or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc. SPANISH language edition published by PEARSON EDUCACION, S.A., Copyright 2011 Depsito Legal: Equipo editorial: Editor: Miguel Martn-Romo Tcnico editorial: Esther Martn Equipo de produccin: Director: Jos A. Clares Tcnico: Irene Iriarte Diseo de cubierta:COPIBOOK, S.L. Fotografa cubierta: Foto la Composicin: COPIBOOK, S. L. Impreso ponNota sobre enlaces a pginas web ajenas: Este libro puede incluir enlaces a sitios web gestionados por terceros y ajenos a PEARSON EDUCACIN, S.A. que se incluyen solo con finalidad informativa. PEARSON EDUCACIN, S.A. no asume ningn tipo de responsabilidad por los daos y perjuicios derivados del uso de los datos personales que pueda hacer un tercero encargado del mantenimiento de las pginas web ajenas a PEARSON EDUCACIN, S.A. y del funcionamiento, accesibilidad o mantenimiento de los sitios web no gestionados por PEARSON EDUCACIN, S.A. Las referencias se proporcionan en el estado en que se encuentran en el momento de publicacin sin garantas, expresas o implcitas, sobre la informacin que se proporcione en ellas. Impreso en Espaa - Printed in Spain Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecolgicos 5. Prefacio a la versin espaola De nuevo presentamos la traduccin de esta obra, gracias a la excelente disposicin del grupo editorial Pearson Educacin, cuyo editor en Espaa, D. Miguel Martn Romo no ha dudado en acometer la tarea de incluir en su catlogo en espaol esta dcima edi cin de la Qumica General de Petrucci, Herring, Madura y Bissonnette. El libro ha mejorado su presentacin y sus contenidos han sido ampliados y actualizados. Nosotros hemos disfrutado con el trabajo de traduccin de esta excelente obra y nos hemos esmerado en la nueva versin espaola. En esta ocasin, hemos tenido la oportunidad de com partir comentarios y opiniones sobre el texto con un nutrido grupo de profesores de Qumica de diversas universidades iberoamericanas, participantes en la XV Olimpiada Iberoamericana de Qumica, celebrada en Mxico en octubre de 2010. La colaboracin y entusiasmo de todos ellos ha sido un verdadero estmulo para seguir trabajando y pro moviendo la Qumica, cuidando, con la ayuda de esta obra, su imagen, su enseanza, su presentacin y su papel imprescindible en la sociedad. Nuestro ms sincero agradeci miento a los profesores: Dr. Oscar Vrela, Profesor Titular Plenario de la Facultad de Ciencias Exactas y Natu rales de la Universidad de Buenos Aires (Argentina). Dra. Stella M. Frmica, Profesora de la Facultad de Ciencias Exactas, Fsicas y Natura les de Crdoba (Argentina). Dr. Leonardo Guzmn Alegra, Profesor Emrito de Fisicoqumica de la Facultad de Ciencias Puras y Naturales de la Universidad Mayor de San Andrs, La Paz (Bolivia). Dr. Jos Luis Vila Castro, Profesor del rea de Qumica Analtica de la Facultad de Ciencias Puras y Naturales de la Universidad Mayor de San Andrs, La Paz (Bolivia). Dr. Juan Vargas Marn, Profesor de la Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educacin (Chile). Dra. Elia Soto Sanhueza, Profesora de la Universidad Arturo Prat de Santiago (Chile). De Dagoberto Cceres Rojas, Profesor Honorario de la Universidad Nacional de Colombia. Dr. Jos Muoz Castillo, Profesor Honorario de la Universidad Nacional de Colombia. Dr. Randall Syedd Len, Profesor de la Ctedra de Fisicoqumica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional (Costa Rica) M Se. Heilen Arce Rojas, Profesor de la Universidad de Costa Rica. Ph. D. Cristian Sal Campos Fernndez, Profesor de la Universidad de Costa Rica. Dra. Nilda Delgado Yanes, Profesora Auxiliar de la Universidad Pedaggica de La Habana (Cuba). Dr. Arturo Panameo Castro, Profesor de la Escuela de Qumica de la Universidad de El Salvador. Dra. Mara Antonia Dosal Gmez, Profesor Titular de Qumica Analtica de la Facul tad de Qumica de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Dr. Ramiro Eugenio Domnguez Danache, Profesor Titular de Fisicoqumica de la Facultad de Qumica de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Dr. Jos Manuel Mndez Stivalet, Profesor Titular de Qumica Orgnica de la Facultad de Qumica de la Universidad Nacional Autnoma de Mxico. Dr. Jos Camacho Gutirrez, Profesor de la Universidad Simn Bolivar de Venezuela. Dra. Amalia Torrealba Sanoja, Presidenta de la Asociacin Venezolana de Olimpiadas de Qumica (AVOQUIM). 6. Resumen del Contenido 1 Las propiedades de la materia y su medida 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13 14 15 16 17 18 19 2021 22 23 24 25 26 27 28Los tomos y la teora atmica 34 Compuestos qumicos 68 Las reacciones qumicas 111 Introduccin a las reacciones en disolucin acuosa 151 Gases 192 Termoqumica 241 Los electrones en los tomos 294 La Tabla Peridica y algunas propiedades atmicas 360 Enlace qumico I. Conceptos bsicos 395 Enlace qumico II. Aspectos adicionales 449 Fuerzas intermoleculares: lquidos y slidos 498 Las disoluciones y sus propiedades fsicas 557 Cintica qumica 602 Principios del equilibrio qumico 665 cidos y bases 697 Otros aspectos de los equilibrios ddo-base 745 Solubilidad y equilibrios de iones complejos 784 Espontaneidad. Entropa y energa Gibbs 819 Electroqumica 863 Qumica de los elementos de los grupos principales I: Grupos 1, 2,13 y 14 917 Qumica de los elementos de los grupos principales II: Grupos 18,17, 16,15 e hidrgeno Elementos de transicin 1031 Iones complejos y compuestos de coordinacin 1069 Qumica nuclear 1111 Estructura de los compuestos orgnicos 1147 Reacciones de los compuestos orgnicos 1208 Qumica de los seres vivos 1266A P N D IC ES A. B. C. D. E. F. G.Operaciones matemticas A l Conceptos fsicos bsicos A ll Unidades SI A15 Tablas de datos A17 Mapas conceptuales A37 Glosario A39 Respuestas a las Evaluaciones de conceptosA55976 7. Contenido Sobre los autores xiv Prefacio xv1Las propiedades de la materia y su medida1.1 1.2 13 1.4 1.5El mtodo cientfico 2 Propiedades de la materia 4 Clasificacin de la materia 5 Medida de las propiedades de la materia. Unidades SI 8 La densidad y la composicin porcentual y su utilizacin en la resolucin de problem as 13 La incertidum bre en las m edidas cientficas 18 Cifras significativas 19 Resumen 23 Ejemplo de recapitulacin 24 Ejercicios 26 Ejercicios avanzados y de recapitulacin 29 Problemas de seminario 31 Ejercicios de autoevaluacin 321.6 1.712Los tomos y la teora atmica342.1 22 23 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8Los prim eros descubrimientos qum icos y la teora atmica 35 Los electrons y otros descubrimientos de la fsica atmica 38 El tomo nuclear 42 Los elem entos qumicos 44 M asas atm icas 48 Introduccin a la tabla peridica 51 El concepto de m ol y la constante de Avogadro 54 Utilizacin del concepto de m ol en los clculos 56 Resumen 59 Ejemplo de recapitulacin 59 Ejercicios 6 0 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 65 Ejercicios de autoevaluacin 66643Compuestos qumicos683.1 32 33 3.4 3.5 3.6 3.7Tipos de compuestos y sus frmulas 69 El concepto de m ol y los com puestos qum icos 73 Composicin de los com puestos qum icos 76 Estados de oxidacin: otra herramienta para describir los com puestos qum icos Nomenclatura de los compuestos orgnicos e inorgnicos 86 Nombres y frmulas de los compuestos inorgnicos 87 Nombres y frmulas de los com puestos orgnicos 94 Resumen 100 Ejemplo de recapitulacin 101 Ejercicios 103 Ejercicios avanzados y de recapitulacin 107 Problemas de seminario 108 Ejercicios de autoevaluacin 1104Las reacciones qumicas4.1 42 43 4.4 4.5Las reacciones qumicas y la ecuacin qumica 112 La ecuacin qumica y la estequiometra 116 Las reacciones qumicas en disolucin 123 Determinacin del reactivo limitante 129 Otros aspectos prcticos de la estequiometra de la reaccin Resumen 138 Ejemplo de recapitulacin 139 Ejercicios 140 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 148 Ejercicios de autoevaluacin 14984111148 IX 8. XContenido5Introduccin a las reacciones en disolucin acuosa5.1 52. 53 5.4 5.5 5.6 5.7Naturaleza de las disoluciones acuosas 152 Reacciones de precipitacin 156 Reacciones cido-base 160 Principios generales de la oxidadn-reducdn 165 Ajuste de reacciones de oxidacin-reduccin 170 Agentes oxidantes y reductores 175 Estequiometra de las reacciones en disolucin acuosa y valoraciones 177 Resumen 181 Ejemplo de recapitulacin 182 Ejercicios 183 Ejercicios avanzados y de recapitulacin 187 Problemas de seminario 189 Ejercicios de autoevaluacin 1916Gases6.1 6.2 63Propiedades de los gases: presin del gas 193 Las leyes elem entales de los gases 198 Combinacin de las leyes de los gases: ecuacin del gas ideal y ecuacin general de los gases 204 Aplicaciones de la ecuacin del gas ideal 207 Los gases en las reacciones qumicas 210 Mezclas de gases 212 Teora dnetico-m olecular de los gases 216 Propiedades de los gases en la teora dnetico-m olecular 223 Gases no ideales (reales) 226 Resumen 229 Ejemplo de recapitulacin 230 Ejercicios 231 Ejercicios avanzados y de recapitulacin 236 Problemas de seminario 238 Ejercicios de autoevaluacin 2406.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.91927Termoqumica7.1 7.2 73 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9Trm inos bsicos en termoqumica 242 Calor 244 Calores de reacdn y calorimetra 248 Trabajo 252 El prim er prindpio de la termodinmica 255 Calores de reacdn: AU y AH 259 Determ inadn indirecta de AH : ley de H ess 266 Entalpias de form acin estndar 268 Los combustibles com o fuentes de energa 275 Resumen 281 Ejemplo de recapitulacin 282 Ejercicios 283 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 291 Ejercicios de autoevaluacin 2928 8.1 8.2 83 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10151241Los electrones en los tomos289294Radiadn electromagntica 295 Espectros atm icos 300 Teora cuntica 302 El tomo d e Bohr 307 Dos ideas que condujeron a la mecnica cuntica 313 Mecnica ondulatoria 317 N m eros cunticos y orbitales de los electrones 324 Interpretadn y representadn de los orbitales del tomo de hidrgeno Espn del electrn. Un cuarto nm ero cuntico 333 tomos multielectrnicos 336327 9. Contenido8.11 8.12Configuraciones electrnicas 339 Configuraciones electrnicas y la tabla peridica 344 Resumen 348 Ejemplo de recapitulacin 349 Ejercicios 351 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 358 Ejercicios de autoevaluacin 3599La Tabla Peridica y algunas propiedades atmicas9.1 9 2. 93 9.4 9.5 9.6 9.7Clasificacin de los elementos. La ley peridica y la tabla peridica 361 M etales, no m etales y sus iones 364 El tamao d e los tomos y los iones 367 Energa de ionizacin 374 Afinidad electrnica 378 Propiedades m agnticas 379 Propiedades peridicas de los elem entos 381 Resumen 386 Ejemplo de recapitulacin 386 Ejercicios 389 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 392 Ejercicios de autoevaluacin 39310Enlace qumico I. Conceptos bsicos10.1 10.2 103 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9Visin general de la teora de Lewis 3 % Introduccin al enlace covalente 399 Enlaces covalentes polares y m apas de potencial electrosttico 402 Escritura de las estructuras de Lewis 408 Resonancia 416 Excepciones a la regla del octeto 418 La forma d e las m olculas 421 Orden de enlace y longitud de enlace 433 Energas de enlace 434 Resumen 438 Ejemplo de recapitulacin 43 9 Ejercicios 440 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 447 Ejercicios de autoevaluacin 44835736039139544611Enlace qumico II. Aspectos adicionales44911.1 11.2 113 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8Objetivo de una teora de enlace 450 Introduccin al mtodo de enlace de valencia 451 Hibridacin de orbitales atmicos 453 Enlaces covalentes m ltiples 461 Teora de orbitales moleculares 465 Electrones deslocalizados. El enlace en la molcula de benceno 474 El enlace en los m etales 480 Algunos temas sin resolver: Pueden ayudar las representaciones de densidad de carga? 484 Resumen 489 Ejemplo de recapitulacin 489 Ejercicios 491 Ejercicios avanzados y de recapitulacin 49 4 Problemas de seminario 495 Ejercicios de autoevaluacin 49712Fuerzas intermoleculares: lquidos y slidos12.1 12.2 123 12.4 12.5Fuerzas intermoleculares 499 Algunas propiedades de los lquidos 508 Algunas propiedades de los slidos 520 Diagramas de fases 522 Slidos de red covalente y slidos inicos 526498XI 10. X IIContenido12.6 12.7Estructuras cristalinas 530 Cambios de energa en la formacin de cristales inicos 542 Resumen 545 Ejemplo de recapitulacin 546 Ejercicios 547 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 554 Ejercicios de autoevaluacin 55613Las disoluciones y sus propiedades fsicas13.1 13.2 133 13.4 13.5 13.6 13.7 13.8Tipos de disoluciones. Trm inos utilizados 558 Concentracin de una disolucin 558 Fuerzas intermoleculares y procesos de disolucin 562 Formacin de la disolucin y equilibrio 567 Solubilidad de los gases 570 Presin de vapor de las disoluciones 573 Presin osmtica 577 Descenso del punto de congelacin y elevacin del punto de ebullicin de las disoluciones de no electrolitos 581 Disoluciones de electrolitos 584 Mezclas coloidales 587 Resumen 590 Ejemplo de recapitulacin 591 Ejercicios 592 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 599 Ejercicios de autoevaluacin 60013.9 13.1055714Cintica qumica14.1 14.2 143La velocidad de una reaccin qumica 603 Medida de velocidades de reaccin 605 Dependencia de las velocidades de reaccin con la concentracin. Ecuacin de velocidad 608 Reacciones de orden cero 611 Reacciones de prim er orden 612 Reacciones de segundo orden 619 Resumen de la cintica de reaccin 620 Modelos tericos de la cintica qumica 622 Dependencia de las velocidades de reaccin con la temperatura 626 M ecanismos de reaccin 629 Catlisis 637 Resumen 642 Ejemplo de recapitulacin 643 Ejercicios 645 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 652 Ejercicios de autoevaluacin 65414.4 14.5 14.6 14.7 14.8 14.9 14.10 14.1159760215Principios del equilibrio qumico15.1 15.2 153 15.4 15.5 15.6Equilibrio dinm ico 656 Expresin de la constante de equilibrio 656 Relaciones entre las constantes de equilibrio 663 Significado del valor numrico de una constante de equilibrio 669 El cociente de reacdn, Q: predicdn del sentido del cambio neto 670 Modificacin de la condidones de equilibrio. Principio de Le Chtelier 673 Clculos de equilibrios. Ejemplos ilustrativos 679 Resumen 686 Ejemplo de recapitulacin 686 Ejercicios 688 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 694 Ejercicios de autoevaluacin 69515.755265 0655693 11. Contenido16cidos y bases69716.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 16.7 16.8 16.9Breve revisin de la teora de Arrhenius 698 Teora de ddos y bases de Bronsted-Lowry 698 La autodisodacin del agua y la escala de pH 703 cidos fuertes y bases fuertes 706 cidos dbiles y bases dbiles 708 cidos poliprticos 717 Los iones com o cidos y como bases 723 Estructura molecular y carcter ddo-base 727 cidos y bases de Lew is 732 Resumen 73 6 Ejemplo de recapitulacin 736 Ejercicios 73 8 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 743 Ejercicios de autoevaluacin 74417Otros aspectos de los equilibrios cido-base17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6Efecto del ion comn en los equilibrios cido-base 746 Disoluciones reguladoras 750 Indicadores cido-base 759 Reacciones de neutralizacin y curvas de valoradn 762 Disoluciones de sales de ddos poliprticos 770 Resumen de los clculos de equilibrios cido-base 771 Resumen 7 7 3 Ejemplo de recapitulacin 77 3 Ejercicios 77 5 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 782 Ejercicios de autoevaluacin 78374274518Solubilidad y equilibrios de iones complejos18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.8 18.9Constante del producto d e solubilidad, Qp 785 Reladn entre solubilidad y Ksp 786 Efecto del ion comn en los equilibrios de solubilidad 788 Lim itadones del concepto de K*p 790 Criterios para la predpitadn y predpitadn completa 792 Predpitadn fracdonada 795 Solubilidad y pH 797 Equilibrios que im plican iones com plejos 799 Anlisis cualitativo de cationes 805 Resumen 81 0 Ejemplo de recapitulacin 810 Ejercicios 812 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 816 Ejercicios de autoevaluacin 81777978481519Espontaneidad. Entropa y energa Gibbs81919.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8Espontaneidad: significado del cambio espontneo 820 El concepto d e entropa 821 Evaluadn de la entropa y cam bios entrpicos 827 Criterios de espontaneidad. El segundo prindpio de la termodinmica 832 V ariadn de energa Gibbs estndar, AG 836 V ariadn de energa Gibbs y equilibrio 837 Dependencia de AG y K de la temperatura 848 Reacciones acopladas 851 Resumen 852 Ejemplo de recapitulacin 853 Ejercicios 85 4 Ejercicios avanzados y de recapitulacin 858 Problemas de seminario 860 Ejercicios de autoevaluacin 861XIII 12. X IVContenido20Electroqumica20.1 20.2 203 20.4 20.5Potenciales de electrodo y su medida 864 Potenciales estndar de electrodo 869 Ecd, AG y K 874 Erel en funcin de las concentraciones 880 Bateras y pilas: obtencin de electricidad por medio de reacciones qumicas 888 Corrosin: celdas voltaicas no deseadas 894 Electrlisis: produccin de reacciones no espontneas 896 Procesos industriales de electrlisis 900 Resumen 904 Ejemplo de recapitulacin 905 Ejercicios 907 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 914 Ejercicios de autoevaluacin 91520.6 20.7 20.886391221Elementos de los grupos principales I: Grupos 1, 2, 13 y 1421.1 21.2 213 21.4 21.5Tendencias peridicas y densidad de carga 918 G rupo 1. Metales alcalinos 920 G rupo 2. M etales alcalinotrreos 933 G rupo 13. La familia del boro 941 G rupo 14. La familia del carbono 951 Resumen 968 Ejemplo de recapitulacin 96 9 Ejercicios 970 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 974 Ejercicios de autoevaluacin 97497222Elementos de los grupos principales II: Grupos 18, 17, 16, 15 y el hidrgeno 97622.1 22.2 223 22.4 22.5 22.6Tendencias peridicas en el enlace 977 G rupo 18. Los gases nobles 979 G rupo 17. Los halgenos 985 G rupo 16. La familia del oxgeno 994 G rupo 15. La familia del nitrgeno 1004 El hidrgeno: un elem ento excepcional 1017 Resumen 1021 Ejemplo de recapitulacin 1022 Ejercicios 1023 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 1028 Ejercicios de autoevaluacin 102923Elementos de transicin23.1 23.2 233 23.4Propiedades generales 1032 Principios de metalurgia extractiva 1037 Metalurgia del hierro y el acero 1044 Elementos de la prim era serie de transicin: del escandio al m anganeso 1046 Trada del hierro: hierro, cobalto y nquel 1052 G rupo 11: cobre, plata y oro 1054 G rupo 12: cinc, cadmio y m ercurio 1056 Lantnidos 1059 Superconductores a alta temperatura 1059 Resumen 1062 Ejemplo de recapitulacin 1062 Ejercicios 1063 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 1067 Ejercicios de autoevaluacin 106823.5 23.6 23.7 23.8 23.9102610311066917 13. Contenido24Iones complejos y compuestos de coordinacin106924.1 Introduccin a la teora de los com puestos de coordinacin de W erner 1070 24.2 Ligandos 1072 243 Nomenclatura 1075 24.4 Isomera 1076 24.5 El enlace en los iones complejos. Teora de campo cristalino 1083 24.6 Propiedades magnticas de los compuestos de coordinacin y teora del campo cristalino 24.7 El color y los colores de los complejos 1090 24.8 Algunos aspectos de los equilibrios de los iones complejos 1093 24.9 Reacciones ddo-base de los iones com plejos 1095 24.10 Consideradones cinticas 10% 24.11 Aplica dones de la qumica de coordinacin 1097 Resumen 1102 Ejemplo de recapitulacin 1103 Ejercicios 1104 Ejercicios avanzados y de recapitulacin 1106 Problemas de seminario 1108 Ejercicios de autoevaluacin 110925Qumica nuclear111125.1 25.2 253 25.4 25.5 25.6 25.7 25.8 25.9 25.10 25.11La radiactividad 1112 Estado natural de los istopos radiactivos 1115 Reacdones nucleares y radiactividad inducida artificialm ente 1117 Elementos transurnidos 1118 V eloddad d e desintegradn radiactiva 1119 Energas implicadas en las reacdones nucleares 1125 Estabilidad nudear 1128 Fisin nudear 1130 Fusin nuclear 1133 Efecto de la radiadn sobre la materia 1134 A plicadones de los radiostopos 1137 Resumen 1139 Ejemplo de recapitulacin 1140 Ejercicios 1141 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 1145 Ejercicios de autoevaluacin 114626Estructura de los compuestos orgnicos26.1 26.2 263 26.4 26.5 26.6 26.7 26.8Introduccin a los compuestos orgnicos y sus estructuras 1148 Alcanos 1155 Cidoalcanos 1161 Estereoisomera de los com puestos orgnicos 1168 Alquenos y alquinos 1175 Hidrocarburos aromticos 1179 Grupos funcionales en los compuestos orgnicos 1181 De la frmula m olecular a la estructura m olecular 1192 Resumen 1195 Ejemplo de recapitulacin 1197 Ejercicios 1198 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 1205 Ejercicios de autoevaluacin 12071144114727Reacdones de los compuestos orgnicos120827.1 272 273 27.4 27.5 27.6Introduccin a las reacciones orgnicas 1209 Introduccin a las reacciones de sustitudn nudeoflica 1211 Introduccin a las reacciones de elim inadn 1225 Reacdones de los alcoholes 1234 Introduccin a las reacciones de adidn: reacdones de los alquenos Sustitudn electrfila aromtica 1244123912041088XV 14. XVIContenido27.7 27.8 27.9Reacciones de los alcanos 1248 Polm eros y reacciones de polimerizacin 1250 Sntesis de compuestos orgnicos 1254 Resumen 1256 Ejemplo de recapitulacin 1257 Ejercicios 1259 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problema de seminario 1264 Ejercicios de autoevaluacin 126528Qumica de los seres vivos28.1 28.2 283 28.4 28.5 28.6Estructura qumica de la m ateria viva. Una visin panormica 1267 Lpidos 1268 Hidratos de carbono 1271 Protenas 1279 Aspectos del metabolismo 1286 cidos nucleicos 1292 Resumen 1295 Ejemplo de recapitulacin 1296 Ejercicios 1297 Ejercicios avanzados y de recapitulacin Problemas de seminario 1301 Ejercicios de autoevaluacin 13021266APN D IC ESA B C D E F GOperaciones matemticas A1 Conceptos fsicos bsicos A 1 1 Unidades SI A15 Tablas de datos A17 Mapas conceptuales A37 Glosario A39 Respuestas a las cuestiones de las Evaluaciones de conceptos A55Crditos de las fotografas ndice 1 1PC112631300 15. ContenidoAtencin a ... Discusiones sobre Mastering Chemistry (www.masteringchemistry.com) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28Atencin a ... El mtodo cientfico en accin: poliagua Atencin a ... Estado natural y abundancias de los elem entos Atencin a ... Espectrometra de masas. Determinacin de frm ulas moleculares y estructurales Atencin a ... La qumica industrial Atencin a ... El tratamiento de aguas Atencin a ... La atmsfera terrestre Atencin a ... Grasas, hidratos de carbono y almacenamiento de energa Atencin a ... Lseres de helio-nen Atencin a ... La ley peridica y el mercurio Atencin a ... M olculas en el espacio. Medida de longitudes de enlace Atencin a ... Espectroscopia fotoelectrnica Atencin a ... Cristales lquidos Atencin a ... Cromatografa Atencin a ... Combustin y explosiones Atencin a ... El ciclo del nitrgeno y la sntesis de compuestos nitrogenados Atencin a ... Lluvia dda Atencin a ... Disoludones reguladoras en la sangre Atencin a ... Conchas, dientes y fsiles Atencin a ... Reacdones acopladas en sistem as biolgicos Atencin a ... Potendales de membrana Atencin a ... Arseniuro de galio Atencin a ... La capa de ozono y su papel medioambiental Atencin a ... Puntos cunticos Atencin a ... Los colores de las gemas Atencin a ... Elim inadn de residuos radioactivos Atencin a ... Resoludn qumica de enantim eros Atencin a ... Qumica sostenible y lquidos inicos Atencin a ... Sntesis de protenas y el cdigo genticoX V II 16. Sobre los autores Ralph H. Petrucci Ralph Petrucci se gradu en Qumica en el Union College, Schenectady, NY, y obtuvo su doctorado en la Universidad de Wisconsin-Madison. Durante diez aos se dedic a la en seanza, investigacin y fue consultor, dirigiendo los institutos NSF para profesores de dendas de secundaria en la Universidad de Case Western Reserve, Cleveland, OH. En 1964> el Dr Petrucd partidp en el equipo que planific el nuevo campus de la Universi dad del Estado de California en San Bemardino. All, adems de ser profesor en la facul tad, partidp como director de la Divisin de Ciendas Naturales y decano de Planificadn Acadmica. El profesor Petrucd, ahora retirado de la enseanza, es coautor del libro General Chemistry con John W. Hill, Terry W. McCreary y Scott S. Perry.F. G e o f f re y H e rrin g Geoff Herring se gradu y doctor en Qumica Fsica por la Universidad de Londres. Actualmente es profesor emrito en d Departamento de Qumica en la Universidad de British Columbia en Vancouver. El campo de investigadn del Dr. Herring es la qumi ca Biofsica en el que ha publicado ms de 100 artculos. Redentemente, el Dr. Herring ha realizado estudios para integrar las tecnologas de la inform adn y los mtodos interactivos en la enseanza de la qumica general, con el fin de mejorar la compren sin y el aprendizaje de los estudiantes. El Dr. Herring ha enseado qumica en todos los niveles universitarios durante 30 aos y ha redbido en dos ocasiones el premio de excelenda en la enseanza denominado Premio Killam.Je ffry D. M a d u ra Jeffry D. Madura es profesor en el Departamento de Qumica y Bioqumica de la Uni versidad Duquesne de Pittsburg, PA. Se gradu en el Thiel College en 1980 y obtuvo su doctorado en Qumica Fsica, en la Universidad Purdue en 1985. Tras el doctorado rea liz una estanda postdoctoral en la Universidad de Houston, trabajando con el profesor J. Andrew McCammon en biofsica. La investigadn del Dr. Madura se centra en el campo de la qumica computadonal y la biofsica. Ha publicado ms de 80 artculos en qumica fsica. El profesor Madura ha enseado qumica durante 20 aos en todos los niveles universitarios y ha redbido el Premio Dreyfus (Teacher-scholar Award). Tam bin ha sido galardonado por la Bayer School of Natural and Environmental Sdences y ha obtenido el premio Duquesne University Presidential Award for Excellence in Scholarship en 2007.C a r e y B issonnette Carey Bissonnette es profesor (Continuing Lecturer) en el Departamento de Qumica de la Universidad de Waterloo en Ontario. Se gradu en la Universidad de Waterloo en 1989 y obtuvo su doctorado en la Universidad de Cambridge, Inglaterra, en 1993. Su investiga dn se centra en el desarrollo de mtodos de modelizadn dinmica de molculas polia tmicas en fase gaseosa. Ha redbido premios docentes como el Distinguished Teaching Award de la Universidad de Waterloo en 2005. El Dr. Bissonnette ha impulsado el uso de las tecnologas, tanto en la clase como en el laboratorio, para crear con sus estudian tes un dim a interactivo de aprendizaje y exploradn. En los ltimos aos, ha estado im plicado en el desarrollo del curriculum de qumica universitario y de secundaria y en la ooordinadn de los concursos de qumica organizados por la universidad para los estu diantes de secundaria de todo el mundo. X V III 17. Prefacio Conozca su audiencia. En esta nueva edicin, hemos intentado seguir este consejo im portante dirigido a los autores, para responder todava mejor a las necesidades de los es tudiantes que estn trabajando intensamente en esta materia. Sabemos que la mayora de los estudiantes de qumica general, debido a su carrera, no estn interesados en la qumi ca, sino en otras reas como la biologa, la medicina, la ingeniera, las ciencias del medio ambiente y agrcolas. Tambin somos conscientes de que la qumica general ser el ni co curso universitario de qumica para muchos estudiantes y su nica oportunidad de aprender algunas aplicaciones prcticas de la qumica. Hemos diseado este texto para todos estos estudiantes. Los estudiantes de este texto probablemente hayan estudiado algo de qumica, pero aquellos que no lo hayan hecho, y los que lo utilizan como recordatorio, encontrarn que en los primeros captulos se desarrollan conceptos fundamentales a partir de las ideas ms elementales. Los estudiantes que piensan convertirse en qumicos profesionales tam bin comprobarn que el texto se adapta a sus intereses especficos. El estudiante medio puede necesitar ayuda para identificar y aplicar los principios y para visualizar su significado fsico. Las caractersticas pedaggicas de este texto es tn diseadas para proporcionar esta ayuda. Al mismo tiempo, esperamos que el tex to sirva para aumentar la destreza en la resolucin problemas y la capacidad crtica del alumno. De esta manera, hemos intentado conseguir el balance adecuado entre princi pios y aplicaciones, razonamientos cuantitativos y cualitativos y entre rigor y simpli ficacin. A lo largo del texto y en la pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com) se muestran ejemplos del mundo real para resaltar la discusin. Tambin se pueden encontrar en numerosas ocasiones, ejemplos relevantes de las ciencias bio lgicas, la ingeniera y las ciencias medioambientales. Esto ayuda a mostrar a los es tudiantes una qumica viva y les ayuda a entender su importancia en cada una de las carreras. En la mayor parte de los casos, tambin les ayuda a profundizar en los con ceptos bsicos.ORGANIZACIN En esta edicin, mantenemos la organizacin fundamental de la novena edicin, pero con una cobertura adicional, en profundidad y amplitud en algunas reas. Despus de una breve revisin general de los conceptos bsicos en el Captulo 1, se introduce la teo ra atmica, incluyendo la tabla peridica, en el Captulo 2. La tabla peridica es un ins trumento extraordinariamente til y su presentacin al comienzo del texto nos permi te utilizarla de modo diferente en los primeros captulos del texto. En el Captulo 3 se introducen los compuestos qumicos y su estequiometra. Los compuestos orgnicos se incluyen en esta presentacin. La introduccin de los compuestos orgnicos en los pri meros captulos nos permite utilizar ejemplos orgnicos a lo largo de todo el libro. En los Captulos 4 y 5 se introducen las reacciones qumicas. En el Captulo 6 se estudian los gases, en parte porque son conocidos por los estudiantes (esto les ayuda a adquirir confianza) pero tambin porque algunos profesores prefieren tratar pronto esta materia para coordinar mejor los programas de clases y laboratorio. Observe que el Captulo 6 puede retrasarse fcilmente para unirlo con los otros estados de la materia en el Cap tulo 12. En el Captulo 8 se profundiza ms en la mecnica ondulatoria, aunque se hace de forma que se pueda omitir este material a discrecin del profesor. Como en ediciones anteriores, hemos resaltado la qumica del mundo real en los captulos finales que cu bren la qumica descriptiva (Captulos 21-24) y hemos tratado de facilitar el adelanto de esta materia a las primeras partes del texto. Adems, muchos temas de estos captulos X IX 18. XXPrefaciopueden tratarse de forma selectiva sin necesidad de estudiar los captulos completos. El texto termina con sendos captulos de qumica orgnica (Captulos 26-27) muy asimila bles y de bioqumica (Captulo 28).CAMBIOS EN ESTA EDICIN En esta edicin, hemos hecho hincapi en el aspecto pedaggico y se ha profundizado ms en algunas reas, siempre de acuerdo con las ideas actuales de cmo ensear me jor la qumica general. Se ha cambiado ligeramente la organizacin, para mejorar el flu jo de informacin al estudiante. Los prrafos siguientes resumen las mejoras introduci das a lo largo del libro. Procedimiento lgico para la resolucin de problemas. Todos los ejemplos se presentan consistentemente con un esquema en tres etapas: planteamiento, resolucin y con clusiones. Esta presentacin, no solo estimula al estudiante a seguir un procedi miento lgico para la resolucin de problemas, sino que le proporciona una forma de empezar a enfocar un problema que aparentemente pareca imposible. Es el pro cedimiento utilizado implcitamente por los que ya saben resolver problemas, pero para los que estn empezando, la estructura planteamiento-resoludn-conclusiones sirve para recordar a los estudiantes que (1) se analiza la informacin y se pla nea una estrategia, (2) se desarrolla la estrategia y (3) se comprueba o valora la res puesta para aseguram os que es razonable. Ejemplos de recapitulacin y Ejercicios al final del captulo. Los usuarios de las edicio nes anteriores han valorado positivamente la calidad de los Ejemplos de recapitu lacin al final de cada captulo y la variedad de los Ejercicios al final del captulo. Hemos aadido dos Ejemplos prcticos (Ejemplo prctico A y Ejemplo prctico B) a cada Ejemplo de recapitulacin. En lugar de sustituir ejercicios por otros nuevos, hemos optado por aumentar el nmero de ejercicios. En la mayora de los captulos se han incluido al menos diez ejercicios nuevos, y muchas veces han sido veinte o ms los ejercicios nuevos aadidos. Recomendaciones de la IUPAC. Estamos muy contentos con que nuestro libro sir va de referencia a profesores y estudiantes de todo el mundo. Como la comuni cacin entre cientficos, y entre los qum icos en particular, es ms fluida si se em plean los mismos trm inos y smbolos, hem os decidido seguir (con muy pocas excepciones) las recomendaciones de la Unin Internacional de Qum ica Pura y Aplicada (IUPAC). Por ejem plo, la tabla peridica que aparece en el texto, es la adoptada por IUPAC. La versin de IUPAC coloca los elem entos lantano (La) y actinio (Ac) en las series de lantnidos y actnidos, y no en el grupo 3. Es inte resante comprobar que muchos libros de qumica usan todava la versin anti gua de la tabla peridica, aunque la correcta colocacin del La y Ac data de hace ms de 20 aos! Tambin hemos hecho los siguientes cambios importantes en los distintos captulos y apndices. En los Captulos 1 a 6, se han resuelto numerosos problemas tanto paso a paso como usando la secuencia de conversin. Los estudiantes sin estudios anteriores en qumica pueden verse intimidados por la secuencia de conversin y preferir la resolucin paso a paso. Los que solamente necesiten refrescar sus conocimientos preferirn utilizar la secuencia de conversin. Esperamos que se satisfagan las ne cesidades de profesores y alumnos incluyendo ambos mtodos en los primeros ca ptulos. En el Captulo 6 (Gases) hemos cambiado la definicin de temperatura y presin es tndar para adoptar las recomendaciones de IUPAC. Hemos aadido una discusin 19. sobre los volmenes molares de los gases y la distribucin de velocidades molecu lares. La discusin sobre la distribucin de velocidades moleculares se puede uti lizar como introduccin de la expresin de Arrhenius de la constante de velocidad en el Captulo 14 (Cintica qumica). En el Captulo 8 (Los electrones en los tomos) hemos introducido la partcula en una caja en una seccin nueva, as queda a discrecin del instructor, incluirla o ex cluirla. La discusin se ha alargado un poco para ilustrar el uso de las funciones de onda para hacer clculos de probabilidad para un electrn en un determinado estado. En el Captulo 10 (Enlace qumico I. Conceptos bsicos) se ha introducido el simbo lismo de cuas y barras para representar estructuras tridimensionales de molcu las que despus se utilizar a lo largo del texto. Tambin se ha aadido una nueva seccin Est preguntndose...? comparando los estados de oxidacin y las cargas frmales. El Captulo 12 (Fuerzas intermoleculares: lquidos y slidos) se ha reorganizado de forma que se empieza por las fuerzas intermoleculares. Las propiedades de los l quidos y slidos se discuten en funcin de las fuerzas intermoleculares que contri buyen a la atraccin entre las entidades que forman la sustancia. En el Captulo 14 (Cintica qumica) se utiliza la definicin recomendada por la IUPAC para la velocidad de reaccin que tiene en cuenta los coeficientes estequiomtricos de la ecuacin qumica ajustada. Tambin se ha incluido una nue va seccin Est preguntndose...? con una interpretacin m olecular del avance de la reaccin. En el Captulo 15 (Principios del equilibrio qumico) se han ampliado las discusio nes sobre relaciones entre actividades, presiones y concentraciones, y tambin en tre K, Kp y Kc. En el Captulo 16 (cidos y bases) se han introducido flechas curvas, como se hace en qumica orgnica, para resaltar el movimiento del par de electrones en la reac cin cido-base. Tambin se incluye una discusin actualizada de la conexin entre la estructura molecular y la fuerza de los cidos. En el Captulo 20 (Electroqumica) se han hecho cambios en la notacin, para adap tarse a la IUPAC, y lo que es ms importante, se introduce el concepto de nmero de electrones, z, que se usa en lugar de n, en la ecuacin de Nemst y en otras ecua ciones. Los Captulos 21 (Elementos de los grupos principales I: Grupos 1, 2 ,1 3 y 14) y 22 (Elementos de los grupos principales II: Grupos 1 8 ,1 7 ,1 6 ,1 5 e hidrgeno) se han actualizado para incluir la discusin de materiales interesantes e importantes, tales como los teres corona, zeolitas y grafeno. En el Captulo 21 se introduce el concep to de densidad de carga que se utiliza en estos dos captulos para racionalizar las similitudes y las diferencias de las propiedades de los elementos. Se dedican dos captulos a la qumica orgnica. El Captulo 26 (Estructura de los compuestos orgnicos) se dedica al estudio estructural, conformaciones, prepara cin y usos de los compuestos orgnicos. El Captulo 27 (Reacciones de los com puestos orgnicos) se dedica a unos pocos tipos de reacciones importantes y sus mecanismos. Al examinar dichas reacciones, se aplican los conceptos introduci dos anteriormente, como fuerza de cidos o bases, electronegatividad y polarizabilidad. En el Apndice D se han aadido los calores molares de las sustancias incluidas en la tabla D.2 (Propiedades termodinmicas de sustancias a 298,15 K). Tambin se in cluye una nueva Tabla D.5 de masas y abundancias isotpicas. 20. X X IIPrefacioGUA PARA LA UTILIZACIN DE ESTA EDICIN En esta edicin se ha hecho el esfuerzo de incorporar caractersticas que faciliten la enseanza y el aprendizaje de la qumica.Cabecera de Captulo Cada captulo empieza con una relacin de los apartados principales, lo cual proporciona una visin de conjunto de los contenidos.Principios del equilibrio qumicoTrminos claveC O N T E N ID O 111 BqiJfario dh*rJco 1 2 bfraakkidi i conoarca di ajlfario tu W U n m k D it t t a d i a f ilb lo 134 Sr#*adodaWwfarn#T*1 c0 m oa^ ai ta di qtdbfto 113 coOrta di nacEfa Q pad tetti dakattdo dd arrfaofaCo m ModftadAi di laa conjdanm . C l l a a f a n U da O, m una d uo lu-4a i*ua c ta la ruxid o ri O , a t a aaniO do a u poaun nuanid a i o r . da< as K Ue ?la d .O ja O 'C y 1 akn. (2) U U k a fa b y da I k u y a i la b uindic a la a a n i a M iMCindB Ckttaniaa l a n U Ud a lO ,a 0 * C cunado P * - 1 atn. at>landa d --------------1 Ujiaotann------------2.18 X 10M Ojo^-ui i la rrnii t i m da la by da H m rj . ___C 2.18 X m M O] p .." l.a i m 2.18 x l i r M O l C - t x P p , --------- m i . t , ------ x O J W a i - < 5 7 x H T *M O ja qua lutit i 1 a > k ta ip a o a n a a unadu(4ucu)a a a qua J a l * a a a m a m ur bq a j rtMr la lay da Hm r j. B JC W tO Mt CXtCO A: U M ca * a d a to A d H -n p * U S y n i i i m ii n u fa m a a 0 *C Wii lii d al Mipnankink vowaacotnfM utnt Ho W t m al p r a it a A ) m b afe o p * * > A> bdbi MEst preguntndose...? Los recuadros Est preguntndose...? Plantean y respon den las preguntas que se suelen hacer los estudiantes. Algu nas tratan de evitar frecuentes errores, otras proporcionan analogas o explicaciones alternativas y otras ponen de ma nifiesto aparentes inconsistencias. Estos recuadros pueden ser utilizados u omitidos a discrecin del instructor.Atencin a ... Al final de cada captulo se hace referencia a una discusin llamada A tencin a ... que se encuentra en la pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com). Estas discusiones describen aplicaciones interesantes y sig nificativas de cada captulo y ayudan a demostrar la im portancia de la qumica en todos los aspectos de la vida diaria.Material suplementario en el Captulo de Qumica Orgnica El Captulo 27 incluye referencias a discusiones sobre cidos y bases orgnicos, mecanismos E2, cidos carboxlicos y sus derivados. El mecanismo de adicin-elimina cin se encuentra en la pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com).Resumen Se incluye un Resum en amplio en cada captulo. El resu men est organizado segn los apartados principales del ca ptulo e incorpora los trminos clave en negritas.1 3 .1 E S T P R E G U N T N D O S E ...?Qu d ase d e fuerzas intermdecuiares existen en una mezcla de disulfuro d e carbono y acetona? B dsulfuro de carbono una molcula no polar.de forma que en la sustancia pura laa nka fuerzas inteimolecu la res son las dbiles fuerzas de dispersin; el dbulfuro de car bono es un liquido voltil. La acetona es una molcula polar y en la sustancia pura las fuerzas dipolo-dipolo son fuertes. La acetona es algo menos voltil que el disulfuro de carbono. En una disolucin de acetona en disulfuio de carbono, los dipobs de las mol culas de acetona polarizan las molculas de disulfuro de carbono,dando lugar a interac ciones dpolo-dipc^o Inducido.C H E M IS T R Yw v r v r j n a a t e r i n g c h e n iU t r y x o n iCu J aa I traan lo m ia abundante? Loa dm p U pregunta p K f q u * n o t im i una m p u n t i M n d la . Pa jp r m d r r m ia cobra laa ab u n d u id ja d a toa d r a irn ta a an el u n iiv n o y la fo r te u (erreslre, vaya di Alendn a ... dal C a p ta lo 2 titu la d a A bundandaa naturale d a la i elem ental, en la p ig i n a web de MaaterlngC hem irtry.Resumen 1 X 1 T ^ $ d a d is o lu c io n e s . T irm in o u t i l a d o * . Ea laaa dbuhado. ai g i l K i a l l . t u n u d t u o a al oiaafoaaaaaa pnaana i a laaaayoc naaadal ita a a ia iW . t a l i da la a a l Ha aa la >|aa a n ta la dhofcad ( A rla T M 111* V a m U aa>a. lecoaapoeaaai d i laitaaibadd. d i i - A ' aa tSaa>h.aaa. l a d ^ l o a a . d h i d a cona.aan aiaaidafca. n t a w n i l a pajw l a da a>ta. y I dii n b i n a a i o araay r adai raal aAaW ignaaW1 1 2 Concantradnda unadisductn.Ga ip a d a da la aoaafoiada da M a d ok cida I t a ia tio a la a aiaeidaSa. d i y dha>fcraata (o da dbaAadda) p n a a a a . tairaanaurarinaaa da ladhaitaniau> paxxaafcaaa auaav porcaae^a aa o laaaa.y ponaao^a aa aaaaa/T l a a B d m >iaaaa iaapoa%iacia p c < jic aa corno laaiaidadaat p a r p x a d k ia (ppaa) pstaa porbdkSa an aa>ra-irta faad aafiA a m a l i fcarfa aaila > i a n la id a t y la a n W i dadXa mn W atal (aii*aa da aSiato por dadhaibar il a ) t(a i > U da aotuaipor litograao da daa>Kana) ao dayaadaa.rh H g. 1 1 1 2 )o lm a kM ip.a * a da a (M B a > d a h< a > tK a CrfatrlaFigOTB U l3 )o * o w a ife a r iS a * lao>a^oaae da li dnlaridapou a y d a m i i a a ir a h d a a a i i a (m r i a a i A l un aaudoaaarmui d i y i ^ r i A i d i kn c u a fu a a a a voWliiae d i uata daAna. Dicfiat curvai diaaraa la a b ^ a I t x n poiiaa r f g i a i ifcolarin.ai ao a W a Lo* naar ap ai m o da ofca oo a aa ifa Kia rra a a uaaiIMfaamEutfa m a m .a y p n d i a v if O r d i h M i l a a a fo t d a qua al Irf a d l ; a a pa l M. da 4 la * riia g i i aa rfj anMi o a M>a a i j n r a i f lo* p i a d a ^ a J i iiha A i fa. qjaifaiaaaaa paab k j aa + g m o * cma, auaauna. (s S r la Hgara 13.15). 1 3 .7 f r a d n o a n t k a . La Ih aiai. aa. al * a io i f o g a i . aa> A d d K a l i . H r t . da aa - a a b r a a , la a ip anaa A la p a > T . daa*i bi dluc>a u a u i a la u ao>cB(ra da (V V hi Hgara 1117) H Aufu niaii puaala dttaaana i^tca a d i l paa i d v i ca nim anda a a l i a i i d m^i l i dofaa f r aab. q>nnaalrda Ea la Aaaaaaa araraa.la SraociSa d i * iaviarta p*oaab M a praaida qua xxnaia la pnaa oaaSca lobra la d fa te-ia awfc mwraatrad Aaabm iVamiia yEjemplo de recapitulacin B tim a n d e p n n i * b ( P A N ) . m o a qa y c e I I i i l g f c y . i r n por raaaada d ek a b id ro aafaaru* com fa* k A m da ia*rri&a' a . p i a m i da la h a loim . Q P A N a imat bi y m d u d a aa NC^fc). So pn a a n a a al ira o nlaaia . V n p ai ^ i ayada da *ptito p n A a a.-iw a N ( V arCHjOOONO,------ O I,C OO - NO, MN mia t U danMBpnca dal P A N m da p m a r oeda . Xa ida auaba a* da 35 li O *C y d . 3ft0 aia . S *C S i aaa aaaaara d i ara oxaaiaaa i O X10** m oUa d*. da P A N por faa>. qatf l a f M n J a a a n i a a v e k d d a l da daasaafoaia da U >X 1 0 o rnlw de PA N por B r o y a iw b > ? W w tw w lw lo Byn > H iian q jiaaM m a n > r i ^ i i a iraa i 1 lada-irin aani la. a i af t a libi v A x idedy 1 taaapandm (Ecaanda 1*22) y atfrala>a>*aaaaa.dariadai y Im aafariibafca. A rearada (EcaaaAa 1*6) C tp q ie ieu m h. m n a o t (1) aawartir b a d . A ln a , de fc M in ra ^ g la in a tria b d d i t da p n a a ro n b a aa A . 22. X X IVPrefacioEjercicios y cuestiones de final de captuloEjerciciosCada captulo termina con cuatro tipos de cuestiones:HMezdas hom ogneas y hetero gn easH -C OH1. C a li d i b a tfgifenlat co ay i m a ' t aspara q u i tea al aula tofcM i m agua y por qu ? N H < W ( l C .H f f L.a.cdioMato solatola iw t o a a anta coato an brioa!io|CtHt0)l j por quJ? ). 3 . U acancia*^ua ganarateanba ao u> iSM iidvtn a s n u v Sin aattoargo, Ig txu a te s ti r e to a a o d ir a d ia u a tfa ittta b b a a a a B f e o a d s o tr a tfa t. U n d a b a tfg x fen *, cw k ta cta t f e cu a p o p u l a d C u li f im w qua p a id ) u r jr por q u PHOC*>H COHHjCCtriadsh VCC(ut iq r ittf c ik pMaa)c=oVm aaCHOM/w d h K o *H ko o nLos E jercicio s se agrupan por categoras relacionadas con las secciones del texto y se presentan por parejas. Las respuestas a los ejercicios seleccionados (los que se nume ran en rojo) se encuentran en la pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com).H -C -O HGCCW2. f l u da b e lig i r aiai p a r t a utpira qua u i o ta t e -CCO,H 'p '- HCHj C O I, (CHjCHjCHj Oflj CH,CH, M am a C(In m m ftio l lucri)Ejercicios avanzados y de recapitulacin 87. Qrafrtitco t w f c a i > > .!> too* b a r . (corvion A) n i l ) Tainan Q13 p oraaato da MiVnfanY'a dri 75 fo r r in t > 29,fiatL. 88. Um dtofcaSd a u u u coafead 109.2 g d> K O H / l d> 9g/aO . Sa d u a i a B w 1 0 0 0 n L d a atM d so lu a d a para praparar KOH (U 50 nt Qud b u m y d> quri c o a p o a iB ), KOH o H Q d b a t * a S f t a b f i ia U > a il.d id s o t a c i iS a ? n . la atcab y o o f c , i g n t l aan para daacdbiral o'a id>d *cwl tfctalA MmaOkua kg xK o bb r a aa U tgbdarftu*L U m a u 4 ra d> k i t t y ta v * a bta pAroraasgra yta quaauba S b pdkora ta mfciouba tte fu fe d> ardar a kvkiaky tto ^o b a b a . qua bu r n d ) > u u l para uaaprafca p t ritv ara td*Jad>r d i 9) p * Cita aa W t r i l l l ta dfc'kaSrfa d i i t i U l i M S I f t i i taoto BagiS a tar cuaooda coaio UB poofc, to r 100 d> k aacafe A t f m ftkicty J O paool. a 0 1 ,0 1 X 1 1 tnvo lu a ia a & t b M bbtt iadiyaa aftwua d b para variatdsi't e i i'aaa t a w d ) tw a o l O f m (W fcUlw) d d Tm fa d iM iiifc i o a t e t o a b td n te S .> M t ifiu fea>M U OMMaakb d> Maol aujror da imp ro o K B te o a a a ooa la daa4d*l A i iM u k a r o a . 0J9 a / m L90. S a p m p a n c M * o d a > t e > o a a ia a > < .d iia M ^ C H >. C XC H y dtriiooS iSarv5(a) Hid) por a a aia fat 0 . 1 a m < < )ttl0 0 a t T H> y r . - IllC D .E t.M raal o po b nda 25 Ma aarfmaK) a q* dtrltp itepiC o iT T : d ^ a dlMww rtU ip por u m Obuadni alokaiooui. EwiaMr Iihrta da K N O , jr 15^0 por daaa> da KjSOv a t bum Sa lA a la oatt awaura da 600 g d ) a U Q J lg d ia g u a a 60 TT. Ktcu ia d > a la Figura 13* (a) ^ a d i n a r i w d x l i d f c b a 60 *C? ) Sbdto fcu iSa n & u feta a > u t o p i a a 0 T T , q w i b u m da K N O , duba (ricatto *r? I d jCriataBaani hida K ^ O t aO*C? 92. Supoaga qua dtf>oaa da 2,50 L da uaa d ic o te id * ( J - a.9767 g/aU.) qua feaa 13JI por r i a aa a u m d i Ma O V C H > A p o i da OiM d i o t e t e u dauHria p n ^ t a r la caatidtl m teAw poabb d ) C f c o t o i . fe o a g rfa a K a u u l ^ u i qua oAraaaa protaeda a - 2 0 TT. AA*S*U auk Mool o auto a h d t o te id n T Qud b u m da Kquad>atoSna? 9 1 H < b rw o d il^ d n % flB o a a g a e it o h n iarlarn iaad> ut a b mm botola da fcid> d M U U c a |HC^a>ac j)J , jfVoblemas de seminario 111 H a l W i h da4ao> ae i coattUuyaM) priad p i d i aaaita da la ciM la q u a l a o M io a d i Ito raau* y k o j* d a b a M o t a d i la caaaltprocaiteMaadaH^ioaaatropfeate. B aaaiaa da caaiAt ut a lit a i aa la prodacxia A i coadawania para a faina t . p a H ia u a y a n m 4 ia *. H p i da b iJf c id aoraud dai a t t M t ' fiatali co. C ^ O K J I C H O , aa 2 ^ ) T , paro a atta k la ^ r * kara a a p a ia a A riiia ip 'a u rM . A m i h i > u da , ao pwk]a p u iiic a rw por d u O o d a tiaif4a U a mAoJo qua pwadi M a s a aa (a bg ar aa la dcAfe tti tn a m t t d Hfiogdaai da I d b d a a . coyagiaata r i f uto k * i qua la m ai a da Ito prrioata d p o r d to* d i iq u iit a a iguah a la preti* a * 06Urica 1 aua au.x a m , la Uaparalara parai Mini coafeh a a aiina>r>i I liq u id ) ta avapor* H vapor d i l i owod t toada< aobiaiad>< ad> * H jaadxi iaaiirt-ailmt a lquid> aa p n d io a u a a a agua pwra y ai otn> aa rid J aA ) ria ia lin i. Uto pratoaaa da vapor d ai ^ f r t f c b riatein > 0 MK l a u i H g a T M C ; S a u a H g a 1CB,S C ; y lO a u sH g a 1200 ^ .U a p r a to a a a d i vapor dai a g u a ta d i a a la T iM a 112 l i ) Ctafl aa l i laa^ arak a aproxiatada a la qua ta pro duca l i d M ila a a vapor?H jO a i 0 2 O J 0.4 03 0.6 0.7 O J 0.9 HC11 "( ,a Ejercidos de autoevaluacin 117. Q tua propia* pakbraa daaao aiqsCqucoa Hnrtn n o fafcob la) * * v u lpobdbbauai ao toa iguala* M ) U D par* ai dtotvaaM y 0iaft>.118. D a c r it a bravaauau otla a u da I tiguUaata i d i o (aunte (a) t i r d i H * u y . da O M gateite; M m b t i f c a k t t ^ u i b kidrM K b; W d i lo a e c e e d a 9 . Ijp Squa la. d to v o c w i im fo rte iw . i*Ut o ii pov^a d i ntfaotc W m o M d K l y m o b n d t t M l u b o Id i al y a o id i * (c )d t o 4 L i)o o o MEuradl ; tobrauaurad 0 cr*& 2 * M a Ir x c k m t i t y d a t te jd * k iK d o a a d c M OtM oda y d i i nltt, iava u 120. U m dtolociSo u a o t t da C H C H aa 0010 M La coaoaatovid* da atta duotucSdo aa t b id a aproxlaMiaauaaaa ( a ) C M p H , ODIO por d a a a a M M / v o t in a ; m CH C5H, 0010 m; fc) C H 0 H , j o u m = (W10 M H A 0990 U 121. C a tl da laa tiguU aota a u z d a a aa a a data) (a ta f ru id a as auto protxfch qua t n u m d t o b d d a ida a i ( N a C t - H A < C H , * ,C H -C ,H ; (c) C , H - H , 0 t 4 4 C ,H - C H ll? E ) f * p a > .Kiaad> 1.12atol da N H , 0 aa 1 9 V 0 g d a H ]O y taBovaaoaa kaa^orakara da 30 *CU O c a I ) Rgura 1 1 8 m d m ia a r ti I ) dsofada aa b> u t e a l a i ) t i criattkunl U n a o da aoWto.E S . U t o b b a c u i d i uagaaao tvu:4vo te agua a a m nla a (i)ua> aii aa d a h p n a id a dai g . ) un M a t t iD l O N a C t ^ l laM M co a k umgra aa 0 por ckaa> da N a CI (omm/voI). Para attadaoludda. a a i at WfN*fc lia a iote id k l b i da b a b a a * d b fa a ta otatodoi a 37*C; M a i puato dicoa g a te U a ap < oite b ? (Supoag> qua b daoladda fe a aaa d a t t e l d ) 1f t S g/aaL) 127. U m cboka^da (d 1.159 g /a O ) lUaoa 6^0 por ciano da g t ria a (gbarolX. C j H Q i . jr 3 W por d m to da H A te o u u C .ic u b (a) b mol'uicL! d J c ^ i , 0 , (coa H p OMto daoKcato^ < H I ) ototeidai d i H , 0 (coa C ^ A como daohaoiai: (c ) b o io W id a l dd H O a o C ^ i p , ; W ) b fc*rfda a o b r dai M ) d p o ra a (a o u b r d i H ALos Ejercicios avanzados y de recapitulacin son ms dif ciles que los de las secciones anteriores. No se agrupan por tipos. Tienden a integrar materia de varias secciones o cap tulos y pueden introducir nuevas ideas o desarrollar algu nas ms all de lo que se ha hecho en el texto. Las respuestas a los ejercicios seleccionados (los que se numeran en rojo) se encuentran en la pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com).Los Problemas de seminario requieren un nivel ms alto de conocimientos por parte de los estudiantes. Algunos de es tos problemas tratan sobre experimentos clsicos; otros re quieren que los estudiantes interpreten datos o grficos; al gunos sugieren procedimientos alternativos para resolver problemas o aportan materia nueva. Estos problemas son un recurso que se puede utilizar de diversas formas: discu siones en clase, trabajo individual para casa, o para traba jos en grupo. Las respuestas a los problemas seleccionados (los que se numeran en rojo) se encuentran en la pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com).Los Ejercicios de autoevaluacin estn diseados para ayudar a los estudiantes a revisar y preparar algunos tipos de preguntas qu e suelen aparecer en los exm e nes. Los alum nos pueden usar estos ejercicios para de cidir si estn preparados para abordar el estudio del ca ptulo siguiente, o si deben trabajar m s los conceptos del presente captulo. Las respuestas con explicaciones a los ejercicios seleccionados (los que se numeran en rojo) se encuentran en la pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com).11 2Qua dtoiucicki U I ) H d i b ai l u 1 daroiw d i b k M l tfgmutaa ta coaatpoad) coa b propiattel ladea Cb aa b ^i f r 1 * p - - i r ^Apndices Hay 5 apndices al final del libro que contienen informacin importante. El Apndice A revisa sucintamente las Operaciones Matemticas bsicas. El Apndice B describe de forma concisa los Conceptos Fsicos bsicos. 23. PrefacioEl Apndice C resume el Sistema Internacional de Unidades SI. El Apndice D contiene cinco Tablas de datos muy tiles, incluyendo la nueva Tabla D.5 de masas y abundancias isotpicas. El Apndice E proporciona las pautas, con un ejemplo, para construir Mapas concep tuales. El Apndice F contiene el Glosario de todos los trminos clave del libro. El Apndice G contiene las Respuestas a las preguntas sobre Evaluacin de conceptos. La Tabla peridica y una Lista de los elementos en forma de tabla, se encuentran en la contraportada delantera, para que sirvan como referencia. En la contraportada trasera se encuentran una Tabla de constantes fsicas seleccio nadas, Factores de conversin, algunas Frmulas geomtricas y otros datos e in formaciones tiles.SUPLEM ENTOS Para el profesor y el estudiante La pgina web M astering Chemistry (www.masteringchemistry.com) ofrece mu chas herramientas de enseanza y aprendizaje. Para los trabajos en casa, Mastering Chemistry proporciona el primer sistema on line de aprendizaje y evaluacin per sonalizados. En base a una investigacin detallada de los conceptos que ms cues tan a los estudiantes, el sistema es capaz de preparar a los estudiantes, con la res puesta adecuada a sus necesidades y con problemas ms simples, si los solicitan. El resultado es una gran coleccin de tutoras que ayudan a optimizar el tiempo de estudio y la adquisicin de conocimientos. Adems, el Mastering Chemistry incluye tambin un texto electrnico de Pearson (Pearson eText). Esta potente pla taforma permite a los profesores y estudiantes resaltar secciones, aadir y com partir comentarios y ampliar imgenes o pginas sin distorsiones. El Mastering Chemistry contiene tambin un rea de estudio (Study Area) con otro autoevaluador (Self Quizzing) para los estudiantes y una versin electrnica del Math Review Toolkit; los estudiantes pueden acceder al contenido de la Study Area sin intervencin del profesor.Para el profesor El In stn icto r's R esou rce C D -R O M (978-013-509778-6) suministra a los profeso res diez suplementos diseados para facilitar la presentacin de sus clases, inci tar discusiones en clase, ayudar a confeccionar exmenes y estimular el apren dizaje: El Instructoras Resource M anual organizado por captulos, suministra informa cin detallada para preparar clases, describe los errores frecuentes de los estu diantes y muestra cmo integrar todo el material auxiliar en el curso. El Complete Solutions M anual contiene las soluciones de todos los ejercicios y problemas del final del captulo (incluidos los Ejercicios de autoevaluadn que no son cuestiones), as como las soluciones de todos los Ejemplos Prcticos A y B. El Testbank (Test Item File) en Word, dispone de ms de 2700 cuestiones. Mu chas de ellas son del tipo respuesta mltiple pero tambin hay cuestiones de verdadero/falso y cuestiones de respuesta breve. Cada cuestin va acompaada de su respuesta correcta, el captulo en el libro relacionado con ella y su nivel de dificultad (por ejemplo: nivel 1 para las fciles, nivel 2 para las moderadamente difciles y nivel 3 para las ms difciles). El Computerized Testbank (Pearson TestGen) presenta el Testbank en un poten te programa que permite al profesor ver y editar las cuestiones existentes, crearXXV 24. XXVIPrefacionuevas preguntas y generar exmenes, test o trabajos para casa. TestGen permite tambin realizar test en una red local, calificar electrnicamente y tener los resul tados preparados en formato electrnico o en papel. El Power Point Set 1 es una coleccin de todas las figuras y fotos del texto en for mato PowerPoint. El Power Point Set 2 proporciona esquemas para clase por cada captulo del libro. El Power Point Set 3 dispone de preguntas para los Sistemas de respuesta perso nalizada (mando a distancia) que pueden usarse con los estudiantes en la clase, y para obtener informacin inmediata de su comprensin de los conceptos pre sentados. El Power Point Set 4 es una coleccin de todos los Ejemplos resueltos del texto en formato PowerPoint. El Focus On Discussions incluye todos los Atencin a ... del texto que los estu diantes pueden encontrar en la pgina web del M astering Chemistry (www. masteringchemistry.com). El Additional Material on Organic Chemistry consta de discusiones sobre ci dos y bases orgnicos, mecanismos E2, cidos carboxlicos y sus derivados. El mecanismo de adicin-eliminacin que se menciona en el Captulo 27. Los estu diantes pueden encontrarlo en la pgina web del M astering Chemistry (www. masteringchemistry.com). Las respuestas a los Ejemplos prcticos y a los Ejercicios y problemas del final de captulo, Answer to Practice Examples and to selected End-of-Chapter Exerrises, (los numerados en rojo en el texto) se ponen aqu a disposicin del profesor. Este mismo material se ofrece a los estudiantes en la pgina web del Mastering Chemistry (www.masteringchemistry.com). El Complete Solutions Manual est disponible en papel (978-013-504293-9). Si el profesor lo autoriza, la editorial puede suministrrselo a los alumnos. El Transparettcy P ackag e (978-013-703215-0) contiene los acetatos en color de la ma yora de figuras, tablas y fotos del libro de texto. Un Curso WebCT* previo (978-013-703208-2) se ha preparado para acompaar al libro. Los especialistas en Tecnologa de Pearson trabajan con profesores y tcnicos en educacin para garantizar la calidad de los productos de tecnologa Pearson, los me dios de evaluacin y los materiales del curso on line. Este equipo altamente cuali ficado, se dedica a ayudar a los estudiantes a aprovechar todos las ventajas de este amplio abanico de recursos educativos, asistindoles con su integracin con los ma teriales y formatos mediticos. El representante de Pearson Educacin en su zona le proporcionar ms detalles de este programa. El C ourseSm art eT extbook (978-013-509775-5) va ms all de las previsiones; pro porciona acceso instantneo on line a los libros de texto y materiales de curso que pueda necesitar, a un bajo coste para los estudiantes. Si los estudiantes ahorran di nero, Vd. puede ahorrar tiempo y energa con el eTextbook digital que le permi te buscar el contenido ms relevante al momento. 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El C ourseSm art eT extbook (978-013-509775-5) va ms alia de las previsiones; pro porciona acceso instantneo on line a los libros de texto y materiales de curso que puedas necesitar, con un descuento del 50 por ciento. El acceso instantneo desde cualquier computador y la posibilidad de buscar tu texto permiten encontrar con tenidos rpidamente desde cualquier localizacin. Con herramientas on line para marcar y anotar texto, ahorras dinero y ganas eficiencia en el estudio. Vanse todas estas ventajas de www.coursesmart.com/students.AGRADECIM IENTOS Queremos agradecer a los siguientes profesores por sus revisiones de partes del manus crito. Brian M. Baker University o f Notre Dame Robert J. Balahura University c f Guelph John Carran Queen's University Chin Li Cheung University o f Nebraska, Lincoln Savitri Chandrasekhar University o f Toronto - Scarborough H. Floyd Davis Cornell University David Dick College o f the Rockies Randall S. Dumont McMaster University Philip Dutton University o f Windsor Ludo Gelmini Grant MacEwan College Kevin Grundy Dalhousie University P. Shiv Halasyamani University o f Houston C. Alton Hassell Baylor University Sheryl Hemkin Kenyon College Michael Hempstead York University Hugh Horton Queen's University Robert C. Kerber Stony Brook UniversityPippa Lock McMaster University J. Scott Mclndoe University o f Victoria Umesh Parshotam University o f Northern British Columbia Darrin Richeson University ofOttaxua Lawton Shaw Athabasca University Roberta Silerov John Abbot College Andreas Toupadakis University o f California, Davis A. van der Est Brock University Rash mi Venkateswaren University o f Ottawa Deborah Walker University o f Texas at Austin Todd Whitcombe University o f Northern British Columbia Milton J. Wieder Metropolitan State College o f Denver Vance Williams Simon Fraser UniversityQueremos agradecer espedalmente la valiosa ayuda de Stephen Forsey (Universidad de Waterloo) en el diseo del nuevo Captulo 27. Queremos dar las gradas a los siguientes profesores por la revisin tcnica de algu nos captulos de la nueva edidn, durante la producdn. Chin Li Cheung University o f Nebraska, Lincoln David Dick College o f the Rockies Philip Dutton University o f WindsorTodd Whitcombe University o f Northern British Columbia Milton J. Wieder Metropolitan State College o f DenverJ. Scott Mclndoe University o f Victoria Estamos muy agradeddos a nuestro coautor Ralph Petrucd por haberse asignado el trabajo extraordinario de revisar cuidadosamente cada pgina del manuscrito antes de ir a la imprenta.X X V II 26. X X V IIIPrefacioLa motivacin ms importante para mejorar este libro en sus sucesivas ediciones son los comentarios de nuestros colegas y estudiantes. Por favor, no duden en escribimos un e-mail. Sus observaciones y sugerencias son bienvenidas. C a r ey B is s o n n e t t eJ effry D. M adu raF. G e o f f r e y H e r r in gcbissonn@uwaterloo.camadura@duq.edufgh@chem.ubc.caADVERTENCIA: muchos de los compuestos y reacciones qumicas descritos o represen tados en este texto son peligrosos. No intente realizar ningn experimento descrito o in dicado en el texto, excepto con permiso, en un laboratorio autorizado y bajo la supervi sin adecuada. 27. Las propiedades de la materia y su medida CONTENIDO 1.1El mtodo cientfico1.2 Propiedades de la materia 1.3 Clasificacin de la materia 1.4 Medida de las propiedades de la materia. Unidades SI 1.5La densidad, la composicin porcentual y su utilizacin en la resolucin de problemas1.6 La incertidumbre en las medidas cientficas 1.7 Cifras significativasImagen del telescopio espacial Hubble, de una nube de polvo y gas hidrgeno (mitad inferior dere cha en la imagen) que forma parte de la nebulosa Swan (M17). Los colores proceden de la luz emiti da por el hidrgeno (verde), azufre (rojo) y oxgeno (azul)- Los elementos qumicos que se estudian en este texto son los que se encuentran en la Tierra y, presumiblemente, tambin en todo el Universo.esde la clnica que trata las dependencias qumicas hasta las represen taciones teatrales de qumica recreativa, pasando por el etiquetado de las comidas que anuncia sin productos qumicos aadidos, la qumi ca y los productos qumicos parecen ya una parte integral de la vida, aunque no siempre sean referencias positivas. Un etiquetado anunciando la ausencia de productos qumicos en la comida no tiene sentido, porque todas las comi das son, en s mismas, productos qumicos, incluso los llamados cultivos or gnicos. De hecho, todos los objetos materiales seres vivos o inanimados se componen de productos qumicos y debemos comenzar nuestro estudio con esta idea clara. Al manipular los materiales que les rodean, los seres humanos siempre han practicado la qumica. Entre las prcticas ms antiguas estaban el esmaltado de cermicas, la fundicin de minerales para obtener metales, el curtido de pieles, el teido de telas y la fabricacin de queso, vino, cerveza y jabn. Con la cien cia moderna, los qumicos pueden descomponer la materia en sus componentes ms pequeos (tomos) y reagrupar estos componentes en materiales inexisten tes en la naturaleza y que tienen propiedades nunca vistas.D1 28. 2Qumica generalPor ejemplo, la gasolina y miles de compuestos qumicos que se usan en la obtencin de plsticos, fibras sintticas, productos farmacuticos y pesticidas son derivados del pe trleo. Con la ciencia qumica moderna se pueden entender los procesos fundamentales de la vida y tambin se necesita la ciencia moderna para entender y controlar los proce sos que deterioran el medio ambiente, tales como la formacin del smog y la destruccin de la capa de ozono. A veces se llama a la qumica la ciencia central por estar relaciona da con muchas reas de la actividad humana. Los conocimientos qumicos antiguos se limitaban a describir el cmo de la qumi ca, descubierto a base de prueba y error. Los conocimientos modernos contestan el por qu, adems del cmo de los cambios qumicos, que se basan en principios y teoras. Para dominar los principios de la qumica se requiere un trabajo sistemtico y el progre so cientfico es una consecuencia de la forma de trabajar de los cientficos, plantendo se las preguntas adecuadas, diseando los experimentos correctos para proporcionar las respuestas adecuadas y formulando explicaciones aceptables de sus hallazgos. Examine mos a continuacin el mtodo cientfico con ms detenimiento.1.1El m todo cientficoLa denda se diferenda de otros campos del saber en el mtodo que utilizan los dentficos para adquirir conodmientos y en el significado especial de estos conodmientos. Los conodmientos dentficos se pueden utilizar para explicar fenmenos naturales y, a veces, para predecir acontedmientos futuros. Los antiguos griegos desarrollaron algunos mtodos potentes para la adquisidn de conodmientos, espedalmente en matemticas. La estrategia de los griegos consista en empezar con algunas suposidones o premisas bsicas. Entonces, mediante el mtodo de nominado razonamiento deductivo deban alcanzarse por lgica algunas conclusiones. Por ejemplo, si a = b y b = c, entonces a = c. Sin embargo, la deducdn por s sola no es sufi ciente para la adquisidn de conodmientos dentficos. El filsofo griego Aristteles supu so cuatro sustandas fundamentales: aire, tierra, agua y fuego. Todas las dems sustandas crea que estaban formadas por combinadones de estos cuatro elementos. Los qumicos de hace varios siglos (ms conoddos como alquimistas) intentaron sin xito aplicar la idea de los cuatro elementos para transformar plomo en oro. Su fracaso se debi a muchas ra zones, entre ellas la falsedad de la suposidn de los cuatro elementos. El mtodo dentfico se origin en el siglo xvii con personas como Galileo, Frands Bacon, Robert Boyle e Isaac Newton. La clave del mtodo es que no se hacen suposidones inidales, sino que se llevan a cabo observadones minudosas de los fenmenos natura les. Cuando se han hecho observadones sufidentes como para que comience a emerger un patrn de comportamiento, se formula una generalizadn o ley natural que descri ba el fenmeno. Las leyes naturales son proposidones condsas, frecuentemente en for ma matemtica, acerca del comportamiento de la naturaleza. El proceso de observado nes que conducen a una proposidn de carcter general o ley natural redbe el nombre de razonamiento inductivo. Por ejemplo, en los comienzos del siglo xvi el astrnomo pola co Nicols Copmico (1473-1543), basndose en un estudio cuidadoso de las observado nes astronmicas, conduy que el planeta Tierra se mueve alrededor del Sol segn una rbita drcular, aunque en aquella poca se enseaba, sin ninguna base dentfica, que el Sol y los otros cuerpos celestes giraban alrededor de la Tierra. Podemos considerar la pro posidn de Coprnico como una generalizadn o ley natural. Otro ejemplo de ley natu ral es la desintegradn radiactiva que establece el tiempo que tardar una sustanda ra diactiva en perder su actividad. El xito de una ley natural depende de su capaddad para explicar las observadones y prededr nuevos fenmenos. El trabajo de Coprnico alcanz un gran xito porque Co prnico fue capaz de prededr las posidones futuras de los planetas con mas predsin que sus contemporneos. Sin embargo, no debemos considerar una ley natural como una verdad absoluta. Futuros experimentos pueden obligamos a modificar la ley. Medio siglo despus, Johannes Kepler mejor las ideas de Copmico mostrando que los planetas no describen rbitas drculares sino elpticas. Para verificar una ley natural el dentfico di sea experimentos, para ver si las condusiones que se deducen de la ley natural concuerdan con los resultados experimentales. 29. Captulo 1Observacin natural o experimental>Las propiedades de la materia y su medidat Teora o modelo: ampla la hiptesis y proporciona prediccionesHiptesis: propuesta de explicacin3Se establece la teora, a no ser que nuevos experimentos u observaciones indiquen fallosExperimentos: se disean para comprobar la hiptesisVL Experimentos para probar las predicciones de la teoraRevisin de la hiptesis, si los experimentos muestran que no es adecuadaModificacin de la teora, si los experimentos muestran que no es adecuadaI FIGURA 1.1Ilustracin del mtodo cientficoUna hiptesis es un intento de explicacin de una ley natural. Si la hiptesis es con sistente con las pruebas experimentales, se la denomina teora. Sin embargo, podemos utilizar este trmino en un sentido ms amplio. Una teora es un modelo o una mane ra de examinar la naturaleza que puede utilizarse para explicar los fenmenos naturales y hacer predicciones sobre los mismos. Cuando se proponen teoras diferentes o contra dictorias, se elige generalmente la que proporciona las mejores predicciones. Tambin se prefiere la teora que requiere el menor nmero de suposiciones, es decir, la teora ms simple. Cuando pasa el tiempo y se acumulan nuevas evidencias experimentales, la ma yor parte de las teoras cientficas se modifican y algunas se desechan. El mtodo cien tfico es la combinacin de las observaciones y experimentos junto con la formulacin de leyes, hiptesis y teoras. El mtodo cientfico se ilustra median te el diagrama de flujo de la Figura 1.1. A veces los cientficos desarrollan un patrn de pensamiento en su campo del saber, conocido como un paradigma, cuyo xito es grande al principio, pero despus no lo es tanto. Puede ser necesario un nuevo paradigma. De alguna manera, el mtodo de bsqueda que denominamos mtodo cientfico es tambin un paradigma, y hay quien piensa que tambin necesita ser cambiado. Es decir, las dis tintas actividades de los cientficos modernos son ms complejas que la simple descrip cin del mtodo cientfico aqu descrito*. En cualquier caso, el xito cientfico no est ga rantizado si simplemente se siguen una serie de procedimientos semejantes a los de un libro de cocina. Otro factor en el descubrimiento cientfico es la suerte. Muchos descubrimientos se han hecho de forma acddentaL Por ejemplo, en 1839, el inventor americano Charles Goodyear estaba investigando un tratamiento para el caucho natural que lo hiciese menos frgil en fro y menos pegajoso en caliente. En el transcurso de su trabajo, derram por accidente una mezcla de caucho y azufre sobre una placa caliente y descubri que el producto re sultante tena exactamente las propiedades que estaba buscando. Otros descubrimientos casuales han sido los rayos X, la radiactividad y la penicilina. Por tanto, cientficos e in ventores necesitan estar siempre alerta ante las observaciones inesperadas. Quizs nadie ha sido ms consciente de esto que Louis Pasteur, que escribi La casualidad favorece a la mente que est preparada. 1.1REPUBLIQUE FRANAISE AAAAAAAAAAA A Louis Pasteur (1822-1895). Este gran seguidor del mtodo cientfico desarroll la teora de los grmenes como causantes de la enfermedad, la esterilizacin de la leche por pasteurizacin y la vacuna contra la rabia. Para algunos es el mdico ms grande de todos los tiempos. En realidad no era mdico, sino qumico, de formacin y de profe sin,EVALUACIN DE CONCEPTOSSe est realizando una correcta aplicacin del mtodo cientfico cuando se dice la excepcin confirma la regla? Expliqese.* W. Harwood, JCST, 3 3,29 (2004). JCST es la abreviatura de Journal o f College Science Teaching.< Las respuestas a la Evaluacin de conceptos se encuentran en el Apndice G . 30. 4Qumica general1.2Propiedades de la materiaLas definiciones de qumica que se encuentran en los diccionarios incluyen los trminos materia, composicin y propiedades, como en la frase: la qumica es la ciencia que trata de la composicin y propiedades de la materia. En esta seccin y en la siguiente se estudia rn algunas ideas bsicas sobre estos tres trminos, esperando que con ello se compren da mejor el objeto la qumica. La materia es todo lo que ocupa espacio, tiene una propiedad llamada masa y posee inercia. Cada ser humano es un objeto material. Todos ocupamos espacio y describimos nuestra masa por medio de una propiedad relacionada con ella, nuestro peso. (La masa y el peso se describen con ms detalle en la Seccin 1.4. La inercia se describe en el Apn dice B). Todos los objetos que vemos a nuestro alrededor son objetos materiales. Los ga ses de la atmsfera, aunque invisibles, son ejemplos de la materia, ocupan espacio y tie nen masa. La luz solar no es materia sino una forma de energa. El concepto de energa se trata unos captulos ms tarde. La composicin se refiere a las partes o componentes de una muestra de materia y a sus proporciones relativas. El agua ordinaria est formada por dos sustancias ms sim ples, hidrgeno y oxgeno, presentes en determinadas proporciones fijas. Un qumico di ra que la composicin en masa del agua es de 11,19 por ciento de hidrgeno y 88,81 por ciento de oxgeno. El perxido de hidrgeno, sustancia utilizada como blanqueante y desinfectante, tambin est formada por hidrgeno y oxgeno, pero tiene una composi cin diferente. El perxido de hidrgeno est formado por 5,93 por ciento de hidrgeno y 94,07 por ciento de oxgeno en masa. Las propiedades son las cualidades y atributos que podemos utilizar para distinguir una muestra de materia de otra. Las propiedades de la materia se agrupan generalmente en dos amplias categoras: propiedades fsicas y propiedades qumicas.Las propiedades y transformaciones fsicas Una propiedad fsica es una propiedad que una muestra de materia tiene mientras no cambie su composicin. Pueden establecerse visualmente en algunos casos. As, pode mos distinguir mediante el color entre el slido de color marrn rojizo, llamado cobre, y el slido de color amarillo, llamado azufre (Figura 1.2). Con un martillo se pueden preparar hojas delgadas o lminas de cobre (vase la Figu ra 1.2). Los slidos que tienen esta propiedad se dice que son maleables. El azufre no es maleable. Si golpeamos un trozo de azufre con un martillo, el trozo se deshace en forma de polvo. El azufre es frgil. Otras propiedades fsicas del cobre, que no tiene el azufre, son la capacidad de ser estirado en forma de alambre (ductilidad) y la capacidad de con ducir el calor y la electricidad. Algunas veces una muestra de materia cambia su aspecto fsico, es decir, experimenta una transformacin fsica. En una transformacin fsica pueden cambiar algunas de las propiedades fsicas de la muestra de materia pero su composicin permanece inalterada. Cuando el agua lquida se congela formndose agua slida (hielo), sin duda el agua pa rece diferente y, en muchos sentidos, lo es. Sin embargo permanece inalterada la compo sicin en masa del agua 11,19 por ciento de hidrgeno y 88,81 por ciento de oxgeno. FIGURA 1.2Propiedades fsicas del azufre y del cobre. Uha piedra de azufre (izquierda) se deshace en un polvo amarillo si se le da con un martillo. El cobre (derecha) se puede encontrar en grandes pepitas de cobre nativo que martilleando se puede convertir en una lmina delgada o estirar en un hilo. 31. Captulo 1Las propiedades de la materia y su medida5Las propiedades y transformaciones qumicas En una transformacin qum ica o reaccin qumica, una o ms muestras de materia se oonvierten en nuevas muestras con composiciones diferentes. Por tanto, la clave para identificar una transformacin qumica es observar un cambio en la composicin. Cuando se quema un papel tiene lugar una transformacin qumica. El papel es un material com plejo, pero sus componentes principales son carbono, hidrgeno y oxgeno. Los produc tos principales de la combustin son dos gases, uno de ellos formado por carbono y ox geno (dixido de carbono) y el otro por hidrgeno y oxgeno (agua en forma de vapor). La capacidad de arder del papel es un ejemplo de propiedad qumica. Una propiedad qumica es la capacidad (o incapacidad) de una muestra de materia para experimentar un cambio en su composicin bajo ciertas condiciones. El cinc reacciona con una disolucin de cido clorhdrico producindose gas hidrge no y una disolucin acuosa de cloruro de cinc (Figura 1.3). La capacidad del dnc para re accionar con el cido clorhdrico es una de las propiedades qumicas caractersticas del dnc. La incapaddad del oro para reacdonar con el ddo dorhdrico es una de las propie dades qumicas del oro. El sodio reacdona no solo con d ddo dorhdrico sino tambin con el agua. El dnc, el oro y el sodio son similares en algunas de sus propiedades fsicas. Por ejemplo, todos ellos son maleables y buenos conductores del calor y la electriddad. Sin embargo, el dnc, el oro y el sodio son bastante diferentes en sus propiedades qumi cas. El conodmiento de estas diferendas nos ayuda a comprender por qu el dnc, que no reacdona con el agua, puede utilizarse para hacer clavos y piezas de tejados y canalones, mientras que el sodio no. Tambin podemos comprender por qu el oro es apredado por ser qumicamente inerte para hacer joyas y monedas; ni se oxida ni se altera. En nues tro estudio de la qumica veremos por qu las sustandas tienen propiedades diferentes y cmo estas diferendas determinan el uso que hacemos de los materiales.1.3 FIGURA 1.3Una propiedad qumica del dnc y el oro: reaccin con ddo clorhdrico. El clavo cincado (galvanizado) reacciona con cido clorhdrico produciendo burbujas de gas hidrgeno que se ven en la superficie del clavo. El brazalete de oro no se afecta por el cido clorhdrico. En la fotografa, el cinc se ha consumido, quedando el hierro a la vista. La reaccin del hierro con el cido clorhdrico colorea la disolucin cida.Clasificacin de la materiaLa materia est formada poruas unidades diminutas denominadas tomos. Un elemen to qumico es una sustanda formada por un solo tipo de tomos. Actualmente, la Unin Intemadonal de Qumica Pura y Aplicada (IUPAC) reconoce 112 elementos y toda la ma teria est formada nicamente por estos 112 tipos de tomos! Los elementos conoddos comprenden desde sustandas comunes como el carbono, el hierro y la plata, hasta sustan das poco frecuentes como el lutedo y el tulio. En la naturaleza podemos encontrar aproxi madamente 90 de estos elementos. El resto no aparecen de forma natural y solamente po demos obtenerlos artifidalmente. En la contracubierta delantera, se encuentra una lista completa de los elementos y tambin una ordenadn espedal de los mismos en forma de tabla, denominada tabla peridica. La tabla peridica, gua de los elementos para el qumi co, ser descrita en el Captulo 2 y la utilizaremos a lo largo de la mayor parte del texto. Los compuestos qumicos son sustandas en las que se combinan entre s los tomos de diferentes elementos. Los dentficos han identificado millones de compuestos qumicos di ferentes. En algunos casos podemos aislar una molcula de un compuesto. Una molcula es la entidad ms pequea posible en la que se mantienen las mismas propordones de los to mos constituyentes que en el compuesto qumico. Una molcula de agua est formada por tres tomos: dos tomos de hidrgeno unidos a un solo tomo de oxgeno. Una molcula de perxido de hidrgeno tiene dos tomos de hidrgeno y dos tomos de oxgeno; los to mos de oxgeno estn unidos entre s y hay un tomo de hidrgeno unido a cada tomo de oxgeno. En cambio una molcula de la protena de la sangre llamada gamma globulina, est formada por 19 996 tomos de solo cuatro tipos: carbono, hidrgeno, oxgeno y nitrgeno.h's hH H wGamma globulinaLa Unin Intemadonal de Qumica Pura y Aplicada (IUPAC) es la autoridad mundial reconocida en nomendatura y terminologa qumicas, en mtodos estndar de medida, m asas atmicas y muchas otras facetas de la qumica. Entre otras actividades, publica revistas, informes y bases de datos, generalmente disponibles en www. iupac.org< La identidad del tomo se establece por medio de su nmero atmico (vase Secdn 2.3). Los informes redentes de elementos nuevos, como los elementos nmeros 113 al 116 y d 118, no estn confirmados. La caracterizadn de estos elementos superpesados es complicada; en cada experimento se producen unos pocos tomos y se desintegran casi instantneamente. 32. 6Qumica generalA E s una muestra homognea, o heterognea? Cuando se observa la leche homogeneizada al micros copio, se ve que consta de glbulos grasos dispersos en un medio acuoso. La leche homogeneizada es una mezcla heterognea.La composicin y las propiedades de un elemento o compuesto son uniformes en cualquier parte de una muestra, o en muestras distintas del mismo elemento o compues to. Los elementos y compuestos se denominan sustancias (En sentido qumico, el tr mino sustancia debe utilizarse solamente para elementos y compuestos). Una mezcla de sustancias puede variar en composicin y propiedades de una muestra a otra. Cuando una mezcla es unifrme en composicin y propiedades en cualquier parte de una mues tra determinada se dice que es una mezcla homognea o una disolucin. Una disolu cin acuosa de sacarosa (azcar de caa) tiene un dulzor uniforme en cualquier parte de la disolucin, pero el dulzor de otra disolucin de sacarosa puede ser muy distinto si las proporciones de azcar y agua son diferentes. El aire ordinario es una mezcla homog nea de varios gases, principalmente los elementos nitrgeno y oxgeno. El agua del mar es una disolucin de los compuestos agua, cloruro de sodio (sal) y muchos otros. La gasolina es una mezcla homognea o disolucin de docenas de compuestos. En las mezclas heterogneas, como la formada por arena y agua, los componentes se separan en zonas diferenciadas. Por tanto, la composicin y las propiedades fsicas varan de una parte a otra de la mezcla. Una salsa para ensalada, una losa de horm i gn y una hoja de una planta son todos ellos heterogneos. Generalmente, es fcil dis tinguir las mezclas heterogneas de las homogneas. La Figura 1.4 muestra un esque ma para clasificar la materia en elementos y compuestos y en mezclas homogneas y heterogneas.Separacin de mezclas Lo que ayuda a distinguir las distintas clasificaciones de la materia es su composicin, y ms concretamente, las variaciones de composicin. Adems de disoluciones lquidas y gaseosas, puede haber disoluciones slidas. Por ejemplo, algunas aleaciones.Los componentes de una mezcla pueden separarse m ediante transformaciones fsicas adecuadas. Pensemos otra vez en la mezcla heterognea de arena y agua. Cuando echa mos esta mezcla en un embudo provisto de un papel de filtro poroso, el agua lquida pasa a su travs y la arena queda retenida en el papel. Este proceso de separacin, de un slido del lquido en el que se encuentra en suspensin, recibe el nombre de filtra cin. (vase la Figura 1.5a). Es probable que utilice este procedimiento en el laboratorio. Por otra parte, no se puede separar una mezcla homognea (disolucin) de sulfato de cobre(II) en agua por filtracin porque todos los componentes pasan a travs del papel. Sin embargo, podemos hervir la disolucin de sulfato de cobre(II) en agua. El agua l quida pura se obtiene del vapor liberado al hervir la disolucin. Cuando se ha separado toda el agua, el sulfato de cobre(II) permanece en el recipiente. Este proceso se denomi na destilacin (vase la Figura 1.5b).A FIGURA 1.4Esquema para clasificar la materia. Una muestra de materia, o es una sustancia simple (un elemento o un compuesto), o es una mezcla de sustancias. A nivel molecular, un elemento consta de tomos de un solo tipo y un compuesto consta de dos o ms tipos diferentes de tomos, normalmente unidos formando molculas. En una mezcla homognea, los tomos o molculas estn mezclados al azar, a nivel molecular. En una mezcla heterognea, los componentes estn fsicamente separados como en una capa de molculas de octano (un componente de la gasolina) lotando sobre una capa de molculas de agua. 33. Captulo 1(a)Las propiedades de la materia y su medida7(b)M FIGURA 1.5Separadn de mezclas: un proceso fsico. (a) Separacin de una mezcla heterognea por filtracin: el sulfato de cobre{ll) slido queda retenido por el papel de filtro mientras el hexano lquido pasa a travs del filtro, (b) Separacin de una mezcla homognea por destilacin: el sulfato de cobre(II) se queda en el matraz de la izquierda mientras el agua pasa al matraz de la derecha por evaporacin y posterior condensacin a lquido, (c) Separacin de los componentes de la tinta por cromatografa: puede verse una mancha oscura justo encima del nivel del agua, mientras el agua asciende por el papel, (d) El agua ha disuelto los componentes coloreados de la tinta, y estos componentes son retenidos en diferentes zonas del papel segn sus diferentes adherencias al papel.Otro mtodo de separacin disponible para los qumicos modernos se basa en la dis tinta capacidad de los compuestos para adherirse a las superficies de varias sustancias slidas como el papel o el almidn. Este es el fundamento de la tcnica de cromatografa. La separacin de tinta en un papel de filtro (vase la Figura 1.5c-d) ilustra los impresio nantes resultados que se pueden obtener con esta tcnica.Descomposicin de compuestos Un compuesto qumico m antiene su identidad durante las transform aciones fsicas pero puede descomponerse en sus elementos constituyentes por medio de transforma ciones qumicas. Es ms difcil descomponer un compuesto en sus elementos constitu yentes que la mera separacin fsica de las mezclas. La extraccin del hierro de los mi nerales de xido de hierro requiere un alto horno. La obtencin de magnesio a partir de cloruro de magnesio a escala industrial requiere electricidad. Generalmente es ms fcil convertir un compuesto en otros compuestos mediante reaccin qumica que se parar un compuesto en sus elementos constituyentes. Por ejemplo, cuando se calien ta el dicromato de amonio se