1. ~R$~~~454 //111111111111111 i,Ti/~ANG Q UIMICA02330~~/~~~"II'/111/1/11111/1//11/ Novena edicin RAYMOND HANG 2. 1 lA 18 8A 1 C!J==Nmero"Oro;" 2 HFHe Hidrgeno2Flor1314151617Helio 1.008 2A19.00Masaatmica3A4ASA6A7A4.003 3456789.,.10 LiBeBCNOFNe LitioBerilioBoroCamonoNill1igen~OxgenoAorNen 6.949.01210.8112.0114.0116.0019.0020.18 1112131415161718 NaMgAlSiPSCIAr SodioMagnesio3456789101112AluminioSilicioFsforoAzufreCloroArgn 22.9924.31 3B4BSB6B7Br---8B-----lB2B26.9828.0930.9732.0735.4539.95 192021222324252627282930313233343536 KCaSeTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr POIasioCalcioEscandio1itanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNquelCobreZincGalioGennanioArsnicoSelenioBromoCri~n 39.1040.0844.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9358.6963.5565.3969.7272.5974.9278.9679.9083.80 373839404142434445464748495051525354 RbSrYZrNbMoTeRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe Rubidio&tronciolirioZirconioNiobioMolibdenoTecnedoRutenioRodoPaladioPlataCadmiolodioEs~oAntimonioTelurioYodoXenn 85.4787.6288.9191.2292.9195.94(98)10l.!102.9106.4107.9112.4114.8118.7121.8127.6126.9131.3 555657727374757677787980818283848586 CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTIPbBiPoAtRn CesioBarioLantanoHalnioTntaloTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurioTalioPlomoBismuloPolonioAslatoRadn 132.9137.3138.9178.5180.9183.9186.2190.2192.2195.1197.0200.6204.4207.2209.0(210)(210)(222) 878889104105106107108109110111112(113)114(115)116(U7)(118) FrRaAeRfDbSgBhHsMtDsRg FranciaRadioActinioRul!JerfordioDubnoSeaborgioBohrioHassioMeitnenoDarmsladloR~ntgenio (223)(226)(227)(257)(260)(263)(262)(265)(266)(269).(272) ~Metales ,. 5859606162-6364.65666768697071 CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu CenoPraseodimioNeodimioPro""ioSamarioEuropioGadolinioTemioDisprosioHolmioErbioTulio!terboLaecio Metaloides140.1140.9144.2(147)150.4152.0157.3158.9162.5164.9167.3168.9173".0175.0 909192939495969798991001011021O~ ThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr NometalesTonoProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmcricioCunoBerielioCalifomoEinstenioFennioMendelevioNobeliouUTencio 232.0(231)238.0(237)(242)(243)(247)(247)(249)(254)(253)(256)(254)(257) Ladesignacindelgrupo1-18hasidorecomendadaporlaIntemationalUnionofPureandAppliedChemistry(ruPAC)peroannoestenuso.Enestetextoseusalanotacin ..estadounidenseestndarparalosgrupos(lA-8Ay1B-8B).Nosehanasignadonombresparaloselementos112,114Y116.Loselementos113,115,117Y118todavanose hansintetizado. http://carlos2524.jimdo.com/ 3. Lista de elementos con sus smbolos y masas atmicas* Nmero Masa Nmero Masa Elemento ~mbolo atmico atmica* Elemento Smbolo atmico atmica** Actinio Ac 89 (227) Lutecio Lu 71 175.0 Aluminio Al 13 26.98 Magnesio Mg 12 24.31 Americio Am 95 (243) Manganeso Mn 25 54.94 Antimonio Sb 51 121.8 Meitnerio Mt 109 (266) Argn Al' 18 39.95 Mendelevio Md 101 (256) Arsnico As 33 74.92 Mercurio Hg 80 200.6 Astato At 85 (210) Molibdeno Mo 42 95.94 Azufre S 16 32.07 Neodimio Nd 60 144.2 Bario Ba 56 137.3 Nen Ne 10 20.18 Berilio Be 4 9.012 Neptunio Np 93 (237) Berkelio Bk 97 (247) Niobio Nb 41 92.91 Bismuto Bi 83 209.0 Nquel Ni 28 58.69 Bohrio Bh 107 (262) Nitrgeno N 7 14.01 . Boro B 5 10.81 Nobelio No 102 (253) Bromo Br 35 79.90 Oro Au 79 197.0 Cadmio Cd 48 112.4 Osmio Os 76 190.2 Calcio Ca 20 40.08 Oxgeno O 8 16.00 Californio Cf 98 (249) Paladio Pd 46 106.4 Carbono C 6 12.01 Plata Ag 47 107.9 Cerio Ce 58 140.1 Platino Pt 78 195.1 Cesio Cs 55 132.9 Plomo Pb 82 207.2 Cloro CI 17 35.45 Plutonio Pu 94 (242) Cobalto Co 27 58.93 Polonio Po 84 (210) Cobre Cu' 29 63.55 Potasio K 19 39.10 Criptn Kr 36 83.80 Praseodimio Pr 59 140.9 Cromo Cr 24 52.00 Proactinio Pa 91 (231) Curio Cm 96 (247) Prometio Pm 61 (147) Darmstadtio Ds 110 (269) Radio Ra 88 (226) Disprosio Dy 66 162.5 Radn Rn 86 (222) Dubnio Db 105 (260) Renio Re 75 186.2 Einstenio Es 99 (254) Rodio Rh 45 102.9 Erbio El' 68 167.3 Roentgenio Rg 111 (272) Escandio Sc 21 44.96 Rubidio Rb 37 85.47 Estao Sn 50 118.7 Rutenio Ru 44 101.1 Estroncio Sr 38 . 87.62 Ruterfordio Rf 104 (257) Europio Eu 63 152.0 Sarnario Sm 62 150.4 Fermio Fm 100 (253) Seaborgio Sg 106 (263) Flor F 9 19.00 Selenio Se 34 78.96 Fsforo P 15 30.97 Silicio Si 14 28.09 Francio Fr 87 (223) Sodio Na 11 22.99 Gadolinio Gd 64 157.3 Talio TI 81 204.4 Galio Ga 31 69.72 Tntalo Ta 73 180.9 Germanio Ge 32 72.59 Tecnecio Tc 43 (99) Hafnio Hf 72 178.5 Telurio Te 52 127.6 Hassio Hs 108 (265) Terbio Tb 65 158.9 Helio He 2 4.003 Titanio Ti 22 47.88 Hidrgeno H 1 1.008 Torio Th 90 232.0 Hierro Fe 26 55.85 Tulio Tm 69 168.9 Holmio Ho 67 164.9 Tungsteno W 74 183.9 Indio In 49 114.8 Uranio U 92 238.0 Iridio Ir 77 192.2 Vanadio V 23 50.94 Iterbio Yb 70 173.0 Xenn Xe 54 131.3 Itrio Y 39 88.91 Yodo 1 53 126.9 Lantano La 57 138.9 Zinc Zn 30 65.39 Laurencio Lr 103 (257) Zirconio Zr 40 91.22 Litio Li 3 6.941 * Todas las masas atmicas tienen cuatro cifras significativas. Estos valores son los que recomienda el Comit para la enseanza de la qumica de la lnternational Unian of Pure and Applied Chemistry, ** Los valores aproximados de las masas atmicas se sealan entre parntesis. http://carlos2524.jimdo.com/ 4. http://carlos2524.jimdo.com/ 5. Qumica http://carlos2524.jimdo.com/ 6. http://carlos2524.jimdo.com/ 7. Qumica Novena edicin Raymond CHANG Williams College Revisin tcnica: Rosa Zugazagoitia Herranz Profesora de Qumica Universidad Autnoma Metropolitana, Xochimilco UNAM, Facultad de Ciencias ....---- -- Jos Clemente Reza Profesor titular de Qumica General ESIQIE, Instituto Politcnico Nacional OD31 .2 C454 2007 RAYMOND CHANG 1111/1111111111111111111111111111111111111111111111111111111 0233006194 OUIMICA Q .D31. Z C. 'f5 '{ ;: CJ 0.:; MXICO BOG>T BUENOS AIRES CARACAS GUATEMALA LISBOA MADRID NUEVA YORK. SAN JUAN SANTIAGO AUCKLAND LONDRES. MILN MONTREAL NUEVA DELHI SAN FRANCISCO SINGAPUR SAN LUIS SIDNEY TORONTO http://carlos2524.jimdo.com/ 8. Director Higher Education: Miguel ngel Toledo Castellanos Director editorial: Ricardo A. del Bosque Alayn Editor spousor: Pablo E. Roig Vzquez Editora de desarrollo: Lorena Campa Rojas Supervisor de produccin: Zeferino Garca Garca Traduccin: Erika Jasso Hernn D'Bourneville QUMICA Novena edicin Prohibida la reproduccin total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorizacin escrita del editor. _ McGraw-Hill _ Inleramericana DERECHOS RESERVADOS 2007 respecto a la novena edicin en espaol por McGRAW-HILLIINTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE c.v. A Subsidiary ofThe McGraw-Hill Companies, ne. Edificio Punta Santa Fe Prolongacin Paseo de la Reforma 1015, Torre A Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe, Delegacin lvaro Obregn c.P. 01376, Mxico, D. F. Miembro de la Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Nm. 736 ISBN-13: 978-970-10-6111-4 ISBN-lO: 970-10-6111-X Traducido de la novena edicin de: CHEMISTRY by Raymond Chang Copyright 2007 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. La seccin de crditos para este libro comienza en la pgina C- t y_se considera como. una extensin de la pgina legal. ISBN-lO: 0-07-298060-5 ISBN-13: 978-0-07-298060-8 34567890 Impreso en China por CTPS 09765432108 Printed in China by CTPS The McGraw-HIIICompanles "';~, http://carlos2524.jimdo.com/ 9. Acerca del autor Raymond Chang naci en Hong Kong y creci en Shangai y en Hong Kong. Obtuvo la licenciatura en qumica por la London University, en Inglaterra y se doctor en qumica en Yale University. Despus de rea- lizar su investigacin posdoctoral en Washington University y ensear du- rante un ao en Hunter College of the City University of New York, se uni al departamento de qumica en Williams College, donde ha ensea- do desde 1968. El profesor Chang ha prestado sus servicios en el American Chemi- cal Society Examination Comrnittee, el National Chemistry Olympiad Examination Comrnittee y. el Graduate Record Examinations (GRE) Comrnittee. Es editor de la obra titulada The Chemical Educator. El pro- fesor Chang ha escrito libros sobre fisicoqumica, qumica industrial y ciencia fsica. Tambin ha participado como autor de libros sobre el idio- ma chino, libros infantiles de fotografas y una novela de literatura juve- nil. Para relajarse, el profesor Chang cultiva un jardn selvtico, juega te- nis, ping-pong, toca la harmnica y practica el violn. Imgenes de la portada A la izquierda complejo Pb2 +- AEDT. En medio: mapa del potencial electrostti- co que muestra la conformacin del H2 a partir de dos tomos de H. A la derecha: estructura helicoidal-a de una molcula de protena. v http://carlos2524.jimdo.com/ 10. http://carlos2524.jimdo.com/ 11. 1 Qumica: el estudio del cambio 2 2 tomos, molculas e iones 40 3 Relaciones de masa en las reacciones qumicas 76 4 Reacciones en disolucin acuosa 118 5 Gases 168 6 Termoqumica 222 7 La teora cuntica y la estructura electrnica de los tomos 266 8 Relaciones peridicas entre los elementos 314 9 Enlace qumico 1: Conceptos bsicos 356 10 Enlace qumico 11: Geometra molecular e hibridacin de orbitales atmicos 398 11 Fuerzas intermoleculares y lquidos y slidos 450 12 Propiedades fsicas de las disoluciones 502 13 Cintica qumica 544 14 Equilibrio qumico 600 15 cidos y bases 644 16 Equilibrios cido-base y equilibrios de solubilidad 696 17 Qumica en la atmsfera 750 18 Entropa, energa libre y equilibrio 782 19 Electroqumica 818 20 Metalurgia y la qumica de los metales 866 21 Elementos no metlicos y sus compuestos 894 22 Qumica de los metales de transicin y compuestos de coordinacin 934 23 Qumica nuclear 966 24 Qumica orgnica 1002 25 Polmeros orgnicos sintticos y naturales 1038 Apndice 1 Derivacin de nombres de los elementos Apndice 2 Unidades para la constante de los gases Apndice 3 Datos termodinmicos a 1 atm y 25C Apndice 4 Operaciones matemticas A-13 A-1 A-7 A-8 vii http://carlos2524.jimdo.com/ 12. http://carlos2524.jimdo.com/ 13. Lista de aplicaciones xxi Prefacio xxiii Una nota para el estudiante xxxi Qumica: el estudio del cambio 2 1.1 Qumica: una ciencia para el siglo XXI 4 1.2 El estudio de la qumica 7 1.3 El mtodo cientfico 8 LA QUMICA en accin El helio primordial y la teora del Big-Bang 10 1.4 Clasificacin de la materia 11 1.5 Los tres estados de la materia 13 1.6 Propiedades fsicas y qumicas de la materia 14 1.7 Mediciones 15 LA QUMICA en accin La importancia de las unidades 20 1.8 El manejo de los nmeros 21 1.9 Anlisis dimensional en la resolucin de problemas 27 Resumen de datos y conceptos 31 Palabras clave 31 Preguntas y problemas 31 MISTERIO de la qumica La desaparicin de los dinosaurios 38 tomos, molculas e iones 40 2.1 La teora atmica 42 2.2 La estructura del tomo 43 2.3 Nmero atmico, nmero de masa e istopos 49 2.4 La tabla peridica 50 LA QUMICA en accin Distribucin de los elementos en la Tierra y en los sistemas vivos 52 2.5 Molculas e iones 53 2.6 Frmulas qumicas 54 IX http://carlos2524.jimdo.com/ 14. x .Contenido 2.7 Nomenclatura de los compuestos 59 2.8 Introduccin a los compuestos orgnkos 68 Resumen de datos y conceptos 69 Palabras clave 70 . Preguntas y problemas 70 Relaciones de masa en las reacciones qumicas 76 3.1 Masa atmica 78 3.2 Nmero de Avogadro y masa molar de un elemento 79 3.3 Masa molecular 83 3.4 El espectrmetro de masas 86 3.5 Composicin porcentual de los compuestos 86 3.6 Determinacin experimental de frmulas empricas 90 3.7 Reacciones qumicas y ecuaciones qumicas 92 3.8 Cantidades de reactivos y productos 97 3.9 Reactivos limitantes 101 3.10 Rendimiento de reaccin 103 LA QUMICA en accin Fertilizantes qumicos 104 Resumen de datos y conceptos 106 Palabras clave 107 Preguntas y problemas 107 Reacciones en disolucin acuosa 4.1 Propiedades generales de las disoluciones acuosas 4.2 Reacciones de precipitacin 122 LA QUMICA en accin Una reaccin de precipitacin indeseable 126 4.3 Reacciones cido-base 127 4.4 Reacciones oxidacin-reduccin 131 LA QUMICA en accin Alcoholmetro 143 4.5 Concentracin de las disoluciones 142 4.6 Anlisis gravimtrico 148 4.7 4.8 Valoraciones cido-base 150 Valoraciones redox 153 LA QUMICA en accin Metal proveniente del mar 155 Resumen de datos y conceptos 156 Palabras clave 156 Preguntas y problemas J57 118 120 http://carlos2524.jimdo.com/ 15. MISTERIO de la qumica Quin asesin a Napolen? Gases 168 Contenido 166 5.1 Sustancias que existen como gases 170 5.2 Presin de un gas 171 5.3 Las leyes de los gases 175 5.4 Ecuacin del gas ideal 181 5.5 La estequiometra de los gases 190 5.6 Ley de Dalton de las presiones parciales 192 5.7 La teora cintica molecular de los gases 197 LA QUMICA en accin El buceo y las leyes de los gases 198 LA QUMICA en accin tomos enfriados 205 5.8 Desviacin del comportamiento ideal 206 Resumen de datos y conceptos 209 Palabras clave 209 Pregu:ntas Y problemas 209 MISTERIO de la qumica Sin oxgeno 220 Termoqumica 222 6.1 Naturaleza y tipos de energa 224 6.2 Cambios de energa en las reacciones qumicas 225 6.3 Introduccin a la termodinmica 227 6.4 Entalpa de las reacciones qumicas 232 LA QUMICA en accin Fabricar nieve e inflar un neumtico de bicicleta 233 6.5 Calorimetra 239 LA QUMICA en accin Valores energticos de los alimentos y otras sustancias 245 6.6 Entalpa estndar de formacin y de reaccin 246 LA QUMICA en accin Cmo se defiende el escarabajo bombardero 251 6.7 Calor de disolucin y de dilucin 252 Resumen de datos y conceptos 254 Palabras clave 254 Preguntas y problemas 255 MISTERIO de la qumica El neumtico explosivo 264 xi http://carlos2524.jimdo.com/ 16. Xll Contenido Teora cuntica y la estructura electrnica de los tomos 266 7.1 De la fsica clsica a la teora cuntica 268 7.2 El efecto fotoelctrico 272 7.3 Teora de Bohr del tomo de hidrgeno 274 7.4 La naturaleza dual del electrn 279 LA QUMICA en accin Lser: la luz esplendorosa 280 LA QUMICA en accin Microscopa electrnica 283 7.5 Mecnica cuntica 283 7.6 Nmeros cunticos 286 7.7 Orbitales atmicos 288 7.8 Configuracin electrnica 292 7.9 El principio de construccin 298 Resumen de datos y conceptos 302 Palabras clave 303 Preguntas y problemas 303 MISTERIO de la qumica Descubrimiento del helio y el surgimiento y cada del coronio Relaciones peridicas entre los elementos 314 8.1 Desarrollo de la tabla peridica 316 8.2 Clasificacin peridica de los elementos 318 8.3 Variaciones peridicas de las propiedades fsicas 322 LA QUMICA en accin El tercer elemento lquido? 329 8.4 Energa de ionizacin 329 8.5 Afinidad electrnica 333 8.6 Variacin de las propiedades qumicas de los elementos representativos 335 LA QUMICA en accin El descubrimiento de los gases nobles 346 Resumen de datos y conceptos 347 Palabras clave 348 Preguntas y problemas 348 312 http://carlos2524.jimdo.com/ 17. t.: ;zt.. _ 11 al ~ ;..ars........... e J. ~ p~_f-L ffrld . 6 S~ - t.J~'';-- -'&'" F cttlj tl}';- ~-, el ~U~ Contenido xiii Enlace qumico 1: Conceptos bsicos 356 9.1 Smbolos de puntos de Lewis 358 9.2 El enlace inico 359 9.3 Energa reticular de los compuestos inicos 361 ~ LA QUMICA en accin Cloruro de sodio: un compuesto inico comn e importante 365 9.4 El enlace covalente 366 9.5 Electronegatividad 369 9.6 Escritura de las estructuras de Lewis 372 9.7 Carga formal y estructura de Lewis 375 9.8 El concepto de resonancia 377 9.9 Excepciones a la regla del octeto 379 LA QUMICA en accin Slo diga NO 384 9.10 Entalpa de enlace 385 Resumen de datos y conceptos 390 Palabras clave 390 Preguntas y problemas 390 Enlace qumico II: Geometra molecular e hibridacin de orbitales atmicos 398 10.1 Geometra molecular 400 10.2 Momento dipolar 409 LA QUMICA en accin Los hornos de microondas: el momento dipolar en accin 412 10.3 Teora del enlace valencia 415 10.4 Hibridacin de orbitales atmicos 417 10.5 Hibridacin en molculas que contienen enlaces dobles y triples 426 10.6 Teora del orbital molecular 429 10.7 Configuraciones de orbitales moleculares 432 10.8 Orbitales moleculares deslocalizados 437 Resumen de datos y conceptos 439 LA QUMICA en accin El buckybaln 440 Palabras clave 442 Preguntas y problemas 442 / http://carlos2524.jimdo.com/ 18. xiv Contenido Fuerzas intermoleculares y lquidos y slidos 450 11.1 La teora cintica molecular de lquidos y slidos 452 11.2 Fuerzas intermoleculares 453 11.3 Propiedades de los lquidos 459 11.4 Estructura cristalina 462 LA QUMICA en accin Por qu los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? 463 11.5 Difraccin de rayos X por los cristales 469 11.6 Tipos de cristales 471 LA QUMICA en accin Superconductores a altas temperaturas 476 11.7 Slidos amorfos 476 LA QUMICA en accin y todo por un botn 478 11.8 Cambios de fase 479 11.9 Diagramas de fase 488 LA QUMICA en accin Hervir un huevo en la cima de una montaa, las ollas de presin y el patinaje sobre hielo 490 LA QUMICA en accin Cristales lquidos 491 Resumen de datos y conceptos 493 Palabras clave 493 Preguntas y problemas 494 Propiedades fsicas de las disoluciones 502 12.1 Tipos de disoluciones 504 12.2 Enfoque molecular del proceso de disolucin 505 12.3 Unidades de concentracin 507 12.4 Efecto de la temperatura en la solubilidad 511 12.5 Efecto de la presin en la solubilidad de los gases 513 12.6 Propiedades coligativas de las disoluciones de no electrlitos 515 LA QUMICA en accin El lago asesino 516 12.7 Propiedades coligativas de las disoluciones de electrlitos 528 LA QUMICA en accin Desalinizacin 530 12.8 Coloides 530 Resumen de datos y conceptos 534 Palabras clave 534 Preguntas y problemas 534 MISTERIO de la qumica El cuchillo equivocado 542 http://carlos2524.jimdo.com/ 19. Contenido Cintica qumica 544 13.1 La velocidad de una reaccin 546 13.2 Ley de la velocidad 553 13.3 Relacin entre la concentracin de reactivos y el tiempo 557 LA QUMICA en accin Determinacin de la edad del Sudario de Turn 568 13.4 Constantes de velocidad y su dependencia de la energa de activacin y de la temperatura 568 13.5 Mecanismos de reaccin 575 LA QUMICA en accin Femtoqumica 580 13.6 Catlisis 581 Resumen de datos y conceptos 588 Palabras clave 589 Preguntas y problemas 589 Equilibrio qumico 600 14.1 El concepto de equilibrio y la constante de equilibrio 602 14.2 Escritura de las expresiones de las constantes de equilibrio 604 14.3 Relacin ente cintica qumica y equilibrio qumico 616 14.4 Qu informacin proporciona la constante de equilibrio? 617 14.5 Factores que afectan el equilibrio qumico 623 LA QUMICA en accin La vida a grandes alturas y la produccin de hemoglobina 630 LA QUMICA en accin El proceso Haber 631 Resumen de datos y conceptos 632 Palabras clave 632 Preguntas y problemas 633 cidos y bases 644 15.1 cidos y.bases de Br;lnsted 646 15.2 Propiedades cido-base del agua 647 15.3 El pH: una medida de la acidez 649 15.4 Fuerza de los cidos y las bases 652 15.5 cidos dbiles y la constante de ionizacin de un cido 656 15.6 Bases dbiles y la constante de ionizacin de una base 663 15.7 Relacin entre las constantes de ionizacin de los cidos 15.8 15.9 y sus bases conjugadas 665 cidos diprticos y poliprticos 666 Estructura molecular y fuerza de los cidos 15.10 Propiedades cido-base de las sales 674 670 15.11 Propiedades cido-base de los xidos y los hidrxidos 679 xv http://carlos2524.jimdo.com/ 20. xvi Contenido 15.12 cidos y bases de Lewis 682 LA QUMICA en accin Anticidos y el balance del pH en el estmago 684 Resumen de datos y conceptos 686 Palabras clave 686 Preguntas y problemas 686 MISTERIO de la qumica La descomposicin de los papeles 694 Equilibrios cido-base y equilibrios de solubilidad 696 16.1 Comparacin entre los equilibrios homogneo y heterogneo en disolucin 698 16.2 Efecto del ion comn 698 16.3 Disoluciones amortiguadoras 701 LA QUMICA en accin Mantenimiento del pH de la sangre 706 16.4 Valoraciones cido-base 708 16.5 Indicadores cido-base 716 16.6 Equilibrios de solubilidad 718 16.7 Separacin de iones por precipitacin fraccionada 725 16.8 El efecto del ion comn y la solubilidad 727 16.9 El pH Yla solubilidad 728 16.10 Los equilibrios de iones complejos y la solubilidad 731 LA QUMICA en accin Cmo se forma un cascarn de huevo 737 16.11 Aplicacin del principio del producto de solubilidad al anlisis cualitativo 737 Resumen de datos y conceptos 739 Palabras clave 740 Preguntas y problemas 740 MISTERIO de la qumica Un duro bocadillo 748 Qumica en la atmsfera 750 17.1 La atmsfera terrestre 752 17.2 Los fenmenos en las capas externas de la atmsfera 755 17.3 Disminucin del ozono en la estratosfera 757 17.4 Los volcanes 762 17.5 El efecto invernadero 763 17.6 La lluvia cida 767 17.7 El esmog fotoqumico 771 17.8 Contaminacin domstica 773 http://carlos2524.jimdo.com/ 21. Contenido xvii Resumen de datos y conceptos 776 Palabras clave 776 Preguntas y problemas 776 Entropa, energa libre y equilibrio 782 18.1 Las tres leyes de la termodinmica 784 18.2 Los procesos espontneos 784 18.3 Entropa 785 18.4 La segunda ley de la termodinmica 790 LA QUMICA en accin La eficiencia de las mquinas trmicas 796 18.5 La energa libre de Gibbs 796 18.6 La energa libre y el equilibrio qumico 803 LA QUMICA en accin La termodinmica de una liga 807 18.7 La termodinmica en los sistemas vivos 808 Resumen de datos y conceptos 809 Palabras clave 810 Preguntas y problemas 810 Electroqumica 818 19.1 Reacciones redox 820 19.2 Celdas electroqumicas 823 19.3 Potenciales estndar de reduccin 825 19.4 Espontaneidad de las reacciones redox 831 19.5 Efecto de la concentracin sobre la fem de la celda 834 19.6 Bateras 839 LA QUMICA en accin Energa bacteriana 843 19.7 Corrosin 844 19.8 Electrlisis 848 LA QUMICA en accin Molestia producida por las amalgamas dentales 853 Resumen de datos y conceptos 854 Palabras clave 855 Preguntas y problemas 855 MISTERIO de la qumica Agua sucia 864 http://carlos2524.jimdo.com/ 22. XVlll Contenido Metalurgia y la qumica de los metales 866 20.1 Abundancia de los metales 868 20.2 Procesos metalrgicos 868 20.3 Teora de las bandas de conductividad 876 20.4 Tendencias peridicas de las propiedades metlicas 878 20.5 Los metales alcalinos 879 20.6 Los metales alcalinotrreos 883 20.7 Aluminio 885 LA QUMICA en accin Reciclado de aluminio 888 Resumen de datos y conceptos 888 Palabras clavi; 889 Preguntas y problemas 889 Elementos no metlicos y sus compuestos 894 21.1 Propiedades generales de los no metales 896 21.2 Hidrgeno 896 LA QUMICA en accin Hidrgeno metlico 901 21.3 Carbono 902 LA QUMICA en accin Gas sinttico a partir del carbn 905 21.4 Nitrgeno y fsforo 906 21.5 21.6 LA QUMICA en accin Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo 913 Oxgeno y azufre Los halgenos 914 921 Resumen de datos y conceptos 928 Palabras clave 929 Preguntas y problemas 929 Qumica de los metales de transicin y compuestos de coordinacin 934 22.1 Propiedades de los metales de transicin 936 22.2 La qumica del hierro y del cobre 939 22.3 Compuestos de coordinacin 940 22.4 Estructura de los compuestos de coordinacin 946 22.5 El enlace en los compuestos de coordinacin: teora del campo cristalino 949 22.6 Reacciones de los compuestos de coordinacin 955 22.7 Aplicaciones de los compuestos de coordinacin 955 http://carlos2524.jimdo.com/ 23. Contenido xix LA QUMICA en accin Compuestos de coordinacin en los sistemas vivos 956 LA QUMICA en accin Cisplatino: el medicamento anticancergeno 958 Resumen de datos y conceptos 959 Palabras clave 960 Preguntas y problemas 960 MISTERIO de la qumica Datacin de pinturas con el azul de Prusia 964 Qumica nuclear 966 23.1 L a naturaleza de las reacciones nucleares 968 23.2 Estabilidad nuclear 970 23.3 Radiactividad natural 975 23.4 Transmutacin nuclear 978 23.5 Fisin nuclear 981 LA QUMICA en accin El reactor de fisin nuclear de la naturaleza 986 23.6 Fusin nuclear 987 23.7 Aplicaciones de los istopos 989 23.8 Efectos biolgicos de la radiacin 991 LA QUMICA en accin Irradiacin de los alimentos 993 Resumen de datos y conceptos 994 Palabras clave 994 Preguntas y problemas 994 MISTERIO de la qumica El arte de la falsificacin en el siglo xx 1000 Qumica orgnica 1002 24.1 Clases de compuestos orgnicos 1004 24.2 Hidrocarburos alifticos 1004 LA QUMICA en accin Hielo que se quema 1016 24.3 Hidrocarburos aromticos 1017 24.4 Qumica de los grupos funcionales 1020 LA QUMICA en accin La industria del petrleo 1026 Resumen de datos y conceptos 1029 Palabras clave 1029 Preguntas y problemas 1029 MISTERIO de la qumica La desaparicin de huellas digitales 1036 http://carlos2524.jimdo.com/ 24. xx Contenido Polmeros orgnicos sintticos y naturales 1038 25.1 Propiedades de los polmeros 1040 25.2 Polmeros orgnicos sintticos 1040 25.3 Protenas 1045 LA QUMICA en accin Anemia de clulas falciformes: una enfermedad molecular 1052 25.4 cidos nucleicos 1054 LA QUMICA en accin Huella digital del DNA 1057 Resumen de datos y conceptos 1058 Palabras clave 1058 Preguntas y problemas 1058 MISTERIO de la qumica Una historia que le erizar los cabellos 1062 Apndice 1 Derivacin de los nombres de los elementos A-1 Apndice 2 Unidades para la constante de los gases A-7 Apndice 3 Datos termodinmicos a 1 atm y 25C A-8 Apndice 4 Operaciones matemticas A-13 Glosario G-1 Respuestas a problemas pares AP-l Crditos C-1 ndice 1-1 http://carlos2524.jimdo.com/ 25. El enunciado de apertura de esta obra es: "La qumica es una ciencia activa y en evolucin, de una importancia vital para nuestro mundo, tanto en el mbito de la naturaleza como en el de la sociedad." A travs de este texto, las secciones tituladas La qumica en accin y Misterio de la qumica presentan ejemplos de qumica especficos que muestran su activi- dad y su evolucin en todas las facetas de nuestras vidas. LA QUMICA en accin El helio primordial y la teora del Big-Bang La importancia de las unidades Distribucin de los elementos en la Tierra y en los sistemas vivos Fertilizantes qumicos Una reaccin de precipitacin indeseable Alcoholmetro Metal proveniente del mar El buceo y las leyes de los gases tomos superenfriados Fabricar nieve e inflar un neumtico de bicicleta Valores energticos de los alimentos y otras sustancias Cmo se defiende el escarabajo bombardero Lser: la luz esplendorosa Microscopa electrnica El tercer elemento lquido? El descubrimiento de los gases nobles Cloruro de sodio: un compuesto inico comn e importante Slo diga NO Los hornos de microondas: el momento dipolar en accin El buckybaln Por qu los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? Superconductores a altas temperaturas y todo por un botn Hervir un huevo en la cima de una montaa, las ollas de presin y el patinaje sobre hielo Cristales lquidos El lago asesino Desalinizacin Determinacin de la edad del Sudario de Turn Femtoqumica La vida a grandes alturas y la produccin de hemoglobina El proceso Haber Anticidos y el balance del pH en el estmago 10 20 52 104 126 143 155 198 205 233 245 251 280 283 329 346 365 384 412 440 463 476 478 490 491 516 530 568 580 630 631 684 xxi http://carlos2524.jimdo.com/ 26. xxii Lista de aplicaciones Mantenimiento del pH de la sange Cmo se forma un cascarn de huevo? La eficiencia de las mquinas trmicas La termodinmica de una liga Energa bacteriana Molestia producida por las amalgamas dentales Reciclado del aluminio Hidrgeno metlico Gas sinttico a partir del carbn Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo Compuestos de coordinacin en los sistemas vivos Cisplatino: el medicamento anticancergeno El reactor de fisin nuclear de la naturaleza Irradiacin de los alimentos Hielo que se quema La industria del petrleo Anemia de clulas falciformes: una enfermedad molecular Huella digital del ADN MISTERIO de la qumica La desaparicin de los dinosaurios Quin asesin a Napolen? Sin oxgeno El neumtico explosivo Descubrimiento del helio y el surgimiento y cada del coronio El cuchillo equivocado La descomposicin de los papeles Un duro bocadillo Agua sucia Datacin de pinturas con el azul de Prusia El arte de la falsificacin en el siglo xx La desaparicin de huellas digitales Una historia que le erizar los cabellos 706 736 796 807 843 853 888 901 905 913 956 958 986 993 1016 1026 1052 1057 38 166 220 264 312 542 694 748 864 964 1000 1036 1062 http://carlos2524.jimdo.com/ 27. D esde la primera edicin, mi intencin ha sido escri- bir un libro de qumica general que proporcionara una base slida de los conceptos y principios qumi- cos, y que infundiera en los estudiantes una apreciacin de la parte vital que tiene la qumica en nuestra vida diaria. Es mi responsabilidad como a~tor de este libro de texto ayudar tan- to a los profesores como a sus estudiantes a alcanzar este ob- jetivo mediante la presentacin clara y lgica de una amplia gama de temas. Siempre que ha sido posible he tratado de encontrar un balance entre la teora y la prctica, y de ilus- trar los principios bsicos con ejemplos cotidianos. Pero sobre todo, el objetivo principal ha sido escribir un texto comprensible y claro. Con cada nueva edicin he tratado de mejorar la peda- goga empleada para desarrollar en los estudiantes habilida- des de pensamiento crtico y de resolucin de problemas, as como encontrar formas nuevas y efectivas para presentar conceptos qumicos abstractos. Lo nuevo en esta edicin Muchas secciones de este texto han sido revisadas y actuali- zadas gracias a los comentarios de revisores y usuarios. A continuacin se muestran algunos ejemplos: o Las pginas de apertura de cada captulo cuentan con una seccin titulada "Avance del captulo", la cual pro- porciona a los estudiantes una visin general de los te- mas que se abordarn en el mismo. o Todas las ecuaciones y respuestas para la mayor parte de los ejercicios resueltos se encuentran sombreadas para facilitar su ubicacin visual en el texto. o Se ha agregado una introduccin a los compuestos org- nicos en la seccin 2.8. o Se ha revisado el tema del captulo 4 que trata los tipos de reacciones (precipitacin y cido-base). o Se ha awpliado el anlisis de la difusin y efusin de ga- ses de la seccin 5.7. o En la seccin 13.3 ahora se analizan las reacciones de orden cero, adems de las reacciones de primer y segun- do orden. o En la seccin 15.3 se compara la definicin del pH con los conceptos de concentracin y actividad. o Se han actualizado varios ensayos de las secciones titu- ladas La qumica en accin y se agregaron dos nuevos a los captulos 11 y 19. o Se ha aadido un nuevo Misterio de la qumica al cap- tulo 7. o Al igual que en la edicin anterior se ha logrado una buena mezcla de problemas fciles, intermedios y difci- les al final de cada captulo. Adems de los problemas especiales se agreg una nueva categora que contiene otros an ms desafiantes. xxiii http://carlos2524.jimdo.com/ 28. xxiv Prefacio Arte Como siempre, me he esmerado por lograr un diseo limpio pero atractivo a la vista. Cada captulo abre con dos pginas que contienen una foto acompaada de sus correspondientes modelos moleculares para ilustrar el proceso fsico o qumico a nivel molecular. Un globo leno de tt;drOgenoe~ pIo1aalcalenlarlocoo l1li8 llama. E1hidrgenogaseosQteaCciona con el (lldgeno que est en el a;. re para klrrnar vapor de '9U3-La quiTOcae$elesIu(Ii;)delaspoo. piedades de la materia y Glos C3IT"bios que sIa e>cpeomeru. lo&lT"C>deIosp-tr.iCf1UInlasrn> l