1. 1. QumicaUna introduccin a La Qumica General, Orgnica y Biolgica
2. 2. QUMICA Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica
3. 3. QUMICA Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica DCIMA EDICIN Karen C. Timberlake TRADUCCIN Rafael Gmez Aspe Mara ngeles Herranz Astudilb Mara Josefa Rodrguez Yunta Dpto. d e Qumica Orgnica I Facultad d e Ciencias Qumicas Universidad C om plutense d e Madrid REVISIN TCNICA Roberto Martnez lvarez Dpto. d e Qumica Orgnica I Facultad d e Ciencias Qumicas Universidad C om plutense d e Madrid Prentice Hall es un sello editorial de PEARSON 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. 4. QUMICA. UNAINTRODUCCIN A LA QUMICA GENERAL, ORGNICA Y BIOLGICA Dcima edicin Karen C. Tmberlake PEARSON EDUCACIN, SA. 2011 ISBN: 978-84-8322-809-8 Materia: 54. Qumica Formato: 215 X 270 Pginas: 760 Todos los derechos reservados. C ualquier form a de reproduccin, distribucin, com unicacin pblica o transform acin de esta obra slo puede ser reaI2ad a co n la autorizacin de sus titulares, salvo excepcin prevista por la ley. L a infraccin de los derechos m encionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sgts. C digo penal). Dirjase a C ED R O (C entro Espaol de D erechos Reprograficos: www.cedro.orgX si necesita fotocopiar o escanear algn fragm ento d e esta obra. D ER EC H O S RESERVADOS 2011, P E A R S O N E D U C A C I N S. A . Ribera del Loira, 28 28042 M adrid (E spaa) w w w .pearsoneducacion.com ISBN: 978-84-8322-743-5 Depsito legal: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx A uthorized translation from the English language edition, entided CHEM ISTRY: A N IN TRO D U CTIO N TO G EN ERA L, OR G A N IC & B IO LO G IC A L CHEM ISTRY, 10* Edition b y KAREN TIM B ER LA K E, published b y Peareon Education, Inc, publishing as Prentice Hall, C opyright 2011. All rights reserved. N o part o f th is book m ay be reproduced o r transm itted in any form o r by any m eans, electronic o r m echanical, including photocopying, recording o r b y arty inform ation storage retrieval system , w ithout perm ission from Pearson Education, Inc. SPANISH language edition published b y PEA RSON ED U CA CIO N S. A , C opyright 2011. E quipo e d ito ria l: E ditor M iguel M artin-R om o Tcnico editorial: Esther M artin E quipo de p ro d u cci n : D irector Jos A ntonio C lares Tcnico: Isabel M uoz D iseo de c u b ie rta : C opibook, s. l . M aq u etaci n : G E A C o n s u l t o r a E d i t o r i a l , s . l . Im preso p o r: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx IM PRESO EN ESPAA - P R IN TE D IN SPAIN Este libro ha sido im preso con papel y tintas ecolgicos N ota so b re enlaces a p g in a s w eb a jen as: E ste libro puede incluir enlaces a sitios w eb gestionados p o r terceros y ajenos a PEA RSON ED UCACIN, S. A q ue se incluyen slo con finalidad inform ativa. PE A RSO N ED U CA CI N , S. A. no asum e ningn tipo d e responsabilidad p o r los daos y peijuicios derivados del uso de los datos personales que pueda hacer un tercero encargado del m antenim iento de las pginas w eb ajenas a PEA RSON ED U CA CI N , S. A . y del funcionam iento, accesibilidad o m antenim iento de los sitios w eb no gestionados p o r PEA RSO N ED U CA CI N , S. A . Las referencias se proporcionan en el estado en que se encuentran en el m om ento de publicacin sin garantas, expresas o im plcitas, sobre la inform acin que se proporcione en ellas. Prentice Hall es un sello editorial de P E A R S O 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
5. 5. BREVE TABLA DE CONTENIDOS Prlogo 1 1 Medidas 14 2 Energa y materia 51 3 tomos y elementos 82 4 Los compuestos qumicos y sus enlaces 120 5 Cantidades y reacciones qumicas 161 6 Gases 209 7 Disoluciones 241 8 cidos y bases 280 9 Radiacin nuclear 317 10 Introduccin a la Qumica orgnica: los alcanos 350 11 Hidrocarburos insaturados 382 12 Compuestos orgnicos con oxgeno y azufre 405 13 cidos carboxlicos, steres, aminas y amidas 447 14 Hidratos de carbono 483 15 Lpidos 513 16 Aminocidos, protenas y enzimas 552 17 cidos nucleicos y sntesis de protenas 591 18 Procesos metablicos y produccin de energa 623
6. 6. NDICE Prlogo 1 P.1 La qumica y los productos qumicos 2 P.2 El mtodo cientfico: pensar como un cientfico Q um ica y salud Los primeros qumicos: bs alquimistas 6 P.3 Un plan de estudio para aprender qumica 7 Q um ica y m edioam biente El DDT, buen pesticida, mal pesticida 8 MAPA CO N CEPTU AL 11 De un vistazo! 12 Trminos clave 12 Comprueba tus conocimientos 12 Ejercicios y problemas adicionales 12 Acepta el reto! 13 Respuestas 13 1.8 Densidad 40 Investiga tu entorno Se hunde o flota? 43 Q um ica y salud Determinacin del porcentaje de grasa corporal 44 Q um ica y salud Densidad relativa de la orina 45 MAPA CO N CEPTUAL 45 De un vistazo! 45 Trminos elave 46 Comprender los conceptos 46 Ejercicios y problemas adicionales 48 Acepta el reto! 49 Respuestas 49 1 Medidas 14 1.1 Unidades de medida 15 Investiga tu entorno Unidades en las etiquetas 18 1.2 Notacin cientfica 18 1.3 Nmeros medidos y cifras significativas 21 1.4 Cifras significativas en clculos 23 1.5 Prefijos y equivalencias 27 1.6 Cmo escribir factores de conversin 31 Investiga tu entorno Equivalencias entre el SI y el mtrico en etiquetas 33 Q um ica verd e Toxicologa y evaluacin de la relacin riesgo-beneficio 34 1.7 Resolucin de problemas 35 Profesiones con qum ica Tcnico veterinario 38 2 Energa y materia 51 2.1 Energa 52 Q um ica verd e El dixido de carbono y el calentamiento gbbal 55 2.2 Energa y nutricin 56 Investiga tu entorno Contar cabras 57 Q um ica y salud Perder y ganar peso 58 2.3 Conversiones de temperatura 59 Profesiones con qum ica Tcnico quirrgico 60 Q um ica y salud Variacin en la temperatura corporal 62 2.4 Calor especfico 63 2.5 Los estados de la materia 64 2.6 Cambios de estado 67 Profesiones con qum ica Histlogo 69
7. 7. NDICE vii Qum ica y salud Quemaduras por vapor 71 MAPA CO N CEPTU AL 74 De un vistazo! 75 Trminos clave 75 Comprender los conceptos 76 Ejercicios y problemas adicionales 77 Acepta el reto! 78 Respuestas 78 Com bina los conceptos de los captulos 1 y 2 80 3 tomos y elementos 82 3.1 Clasificacin de la materia 83 3.2 Elementos y smbolos 86 Qum ica y salud l_a toxicidad del mercurio 88 3.3 La tabla peridica 89 Qum ica y salud Elementos esenciales para la salud 90 Qum ica y salud Elementos traza: esenciales para la salud 94 3.4 El tomo 95 Investiga tu entorno Repulsin y atraccin 97 3.5 Nmero atmico y nmero msico 98 Profesiones con qum ica Optometrista u ptico 99 3.6 Istopos y masa atmica 101 3.7 Niveles energticos electrnicos 104 Qum ica verd e Bombillas de bajo consumo 106 3.8 Variaciones peridicas 107 Qum ica y salud Reacciones biolgicas a la luz ultravioleta 107 MAPA CO N CEPTU AL 112 De un vistazo! 113 Trminos elave 113 Comprender los conceptos 114 Ejercicios y problemas adicionales 115 Acepta el reto! 116 Respuestas 117 4Los compuestos qumicos y sus enlaces 120 4.1 La regla del octeto y los iones 121 Q um ica y salud Algunas aplicaciones de bs gases nobles 125 Q um ica y salud Algunos iones importantes del cuerpo 126 4.2 Compuestos inicos 127 Profesiones con qum ica Fisioterapeuta 128 4.3 Nomenclatura y formulacin de compuestos inicos 130 4.4 Iones poliatmicos 133 Q um ica y salud Iones poliatmicos en huesos y dientes 135 4.5 Compuestos covalentes 138 4.6 Electronegatividad y polaridad de enlaces 144 4.7 Geometra y polaridad de las molculas 147 4.8 Fuerzas de atraccin intermoleculares 151 M APA CO N CEPTUAL 153 De un vistazo! 154 Trminos clave 154 Comprender bs conceptos 155 Ejercidos y problemas adicbnales 156 Aceptael reto! 157 Respuestas 158 5 Cantidades y reacciones qumicas 161 5.1 El mol 162 5.2 Masa molar 166 Investiga tu entorno Calcular moles en la cocina 169 5.3 Cambios qumicos 171 5.4 Ecuaciones qumicas 174
8. 8. VIII NDICE 5.5 Tipos de reacciones 179 Q um ica y salud B esmog y su influencia en la salud 183 5.6 Reacciones de oxidacin-reduccin 184 Investiga tu entorno Oxidacin de frutas y verduras 186 Q um ica verd e Ras de combustible: energa limpia para el futuro 188 5.7 Relaciones entre moles en las ecuaciones qumicas 189 5.8 Clculos de masas para las reacciones 192 5.9 La energa en las reacciones qumicas 195 Q um ica y salud Bolsas calientes y bolsas fras 196 MAPA CO N CEPTU AL 199 De un vistazo! 199 Trminos clave 200 Comprender los conceptos 200 Ejercicios y problemas adicionales 202 Acepta el reto! 203 Respuestas 204 Com bina los conceptos de los captulos 3 a 5 207 6.1 Propiedades de los gases 210 Investiga tu entorno Obtencin de un gas 213 6.2 Presin de un gas 213 Q um ica y salud Medida de la presin sangunea 215 6.3 Presin y volumen (Ley de Boyle) 216 Q um ica y salud Relacin entre presin y volumen en la respiracin 218 6.4 Temperatura y volumen (Ley de Charles) 220 Q um ica verd e Gases con efecto invernadero 222 6.5 Temperatura y presin (Ley de Gay-Lussac) 223 Profesiones con qum ica Anestesista 224 6.6 Ley de combinacin de los gases 225 6.7 Volumen y moles (Ley de Avogadro) 226 6.8 Presiones parciales (Ley de Dalton) 230 Q um ica y salud Los gases de la sangre 233 Q um ica y salud Cmaras hiperbricas 234 MAPA CO N CEPTUAL 235 De un vistazo! 235 Trminos clave 236 Comprender bs conceptos 236 Ejercidos y problemas adicbnales 237 Acepta el reto! 238 Respuestas 239 7Disoluciones 241 7.1 Disoluciones 242 Q um ica y salud El agua en el cuerpo 245 Investiga tu entorno Semejante disuelve a semejante 245 7.2 Electrolitos y no electrolitos 246 Profesiones con qum ica Asistente de ortopedia 248 Q um ica y salud Electrolitos en los fluidos corporales 250 7.3 Solubilidad 251 Q um ica y salud Gota y piedras en el rin: problemas derivados de la saturacin de los fluidos corporales 252 Investiga tu entorno Preparacin de disoluciones 253 7.4 Concentracin en porcentaje 255 7.5 Molaridad y dilucin 259 7.6 Disoluciones y reacciones qumicas 265 7.7 Propiedades de las disoluciones 267 Q um ica y salud Las disoluciones y los cobides en el cuerpo 268 Investiga tu entorno La osmosis en la vida diaria 270 Q um ica y salud Dilisis en el rin y dilisis artificial 273 MAPA CO N CEPTUAL 274 De un vistazo! 275 Trminos clave 275 Comprender bs conceptos 276 Ejercidos y problemas adicbnales 277 Acepta el reto! 278 Respuestas 278 6 Gases 209
9. 9. NDICE X 8 cidos y bases 280 8.1 cidos y bases 281 8.2 Fuerza de cidos y bases 286 8.3 Ionizacin del agua 289 8.4 La escala de pH 292 Qum ica y salud El cido del estmago, HCI 295 Investiga tu entorno Verduras y flores: indicadores de pH 298 8.5 Reacciones de cidos y bases 299 Qum ica verd e La lluvia cida 299 Q um ica y salud Anticidos 302 8.6 Tampones 304 Qum ica y salud Tampones en la sangre 306 MAPA CO N CEPTU AL 307 jDe un vistazo! 308 Trminos clave 308 Comprender los conceptos 308 Ejercicios y problemas adicionales 309 Acepta el reto! 310 Respuestas 311 Com bina los conceptos de los captulos 6 a 8 314 9Radiacin nuclear 317 9.1 Radiactividad natural 318 9.2 Reacciones nucleares 323 Qum ica verd e Radn en nuestros hogares 325 Qum ica y salud Emisores beta en medicina 326 9.3 Medida de la radiacin 329 Q um ica y salud Radiacin y alimentos 331 Q um ica y salud Braquiterapia 332 9.4 Vida media de un radioistopo 333 Investiga tu entorno Representacin de vidas medias 335 Q um ica y m edioam biente Estimacin de la antigedad de objetos 336 9.5 Aplicaciones mdicas de la radiactividad 336 Q um ica y salud Dosis de radiacin en procedimientos diagnsticos y teraputicos 338 Q um ica y salud Otras tcnicas de imagen 339 9.6 Fisin y fusin nuclear 340 Q um ica verd e Centrales nucleares 342 MAPA CO N CEPTUAL 343 De un vistazo! 344 Trminos clave 344 Comprender bs conceptos 345 Ejercidos y problemas adidonales 345 Acepta el reto! 347 Respuestas 347 10Introduccin a la Qumica orgnica: los alcanos 350 10.1 Compuestos orgnicos 351 10.2 Los alcanos 354 Profesiones con qum ica Gebgo 357 10.3 Alcanos sustituidos 358 Q um ica y salud Aplicaciones habituales de los alcanos halogenados 364 10.4 Propiedades de los alcanos 365 Q um ica y salud Toxicidad del monxido de carbono 367 Q um ica verd e Petrleo 368
10. 10. NDICE 10.5 Grupos funcionales 369 Qumica y medioambiente Grupos funcionales en compuestos orgnicos habituales 373 MAPA CO N CEPTU AL 374 De un vistazo! 374 Nomenclatura, resumen 375 Reacciones. Resumen 375 Trminos clave 375 Comprender los conceptos 376 Ejercicios y problemas adicionales 377 Acepta el reto! 379 Respuestas 379 11 Hidrocarburos insaturados 382 11.1 Alquenos y alquinos 383 Investiga tu entorno Maduracin de la fruta 384 Qumica y medioambiente Alquenos con aroma 386 11.2 Ismeros cis-trans 387 Investiga tu entorno Modelos de los ismeros cis-trans 388 Qumica y medioambiente Feromonas y comunicacin en los insectos 389 Qumica y salud Ismeros cis-trans para la visin nocturna 390 11.3 Reacciones de adicin 390 Investiga tu entorno Insaturacin en grasas y aceites 391 Qumica y salud Hdrogenacin de grasas insaturadas 392 11.4 Polmeros de los alquenos 393 Investiga tu entorno Polmeros y reciclado de plsticos 394 11.5 Compuestos aromticos 396 Qumica y salud Algunos compuestos aromticos habituales 397 Qumica y salud Hidrocarburos aromticos policclicos 398 MAPA CO N CEPTU AL 399 De un vistazo! 399 Nomenclatura. Resumen 400 Reacciones. Resumen 400 Trminos elave 400 Comprender bs conceptos 401 Ejercidos y problemas adidonales 401 Acepta el reto! 402 Respuestas 403 12.1 Alcoholes, tioles y teres 406 Investiga tu entorno Alcoholes en bs productos del hogar 407 Q um ica y salud La importancia de algunos alcoholes 409 Q um ica y salud teres y anestsicos 411 12.2 Propiedades de alcoholes y teres 412 12.3 Reacciones de alcoholes y tioles 414 Profesiones con qumica Farmacutico 416 Qumica y salud Oxidacin de alcohol en el organismo 418 12.4 Aldehidos y cetonas 419 Qumica y medioambiente Vainilla 421 Qumica y salud Aldehidos y cetonas de inters 423 12.5 Propiedades de aldehidos y cetonas 424 12.6 Molculas quirales 427 Qumica y salud Enantimeros en sistemas bbbgicos 433 MAPA CO N CEPTUAL 434 De un vistazo! 434 Nomenclatura. Resumen 435 Reacciones. Resumen 435 Trminos elave 436 Comprender bs conceptos 436 Ejercidos y problemas adidonales 437 Acepta el reto! 440 Respuestas 441 Com bina los conceptos de los captulos 9 a 12 445 12Compuestos orgnicos con oxgeno y azufre 405
11. 11. NDICE X 13 cidos carboxlicos, steres, aminas y amidas 447 13.1 cidos carboxlicos 448 Qum ica y salud Alfa-hidroxicidos 451 13.2 Propiedades de los cidos carboxlicos 452 13.3 steres 455 Qum ica y salud Acido saliclico y cido acetilsaliclico 456 Qum ica y m edioam biente Accin limpiadora de los jabones 461 13.4 Aminas 461 Qum ica y salud Las aminas en medicina 464 Qum ica y salud Alcaloides: las aminas de las plantas 467 13.5 Amidas 469 Profesiones con qumica Asistente de laboratorio clnico 470 Qum ica y salud Las amidas en medicina 471 MAPA CO N CEPTU AL 473 De un vistazo! 474 Nomenclatura. Resumen 474 Reacciones. Resumen 474 Conceptos clave 476 Comprender los conceptos 477 Ejercicios y problemas adicionales 477 Respuestas 479 Acepta el reto! 479 14Hidratos de carbono 483 14.1 Hidratos de carbono 484 14.2 Proyecciones de Fischer de los monosacridos 487 Qum ica y salud Hiperglucemia e hipoglucemia 490 14.3 Frmulas de Haworth de los monosacridos 492 14.4 Propiedades qumicas de los monosacridos 495 Q um ica y salud Pruebas de glucosa en la orina 496 14.5 Disacridos 498 Investiga tu entorno Azcar y edulcorantes 500 Profesiones con qum ica Tcnico en anlisis sanguneos 500 Q um ica y salud Cun dulce es mi edulcorante? 501 Q um ica y salud Tipos de sangre e hidratos de carbono 502 14.6 Polisacridos 503 Investiga tu entorno Polisacridos 505 MAPA CO N CEPTUAL 506 De un vistazo! 507 Hidratos de carbono. Resumen 507 Reacciones. Resumen 508 Trminos clave 508 Comprender bs conceptos 509 Ejercicios y problemas adicionales 509 Acepta el reto! 510 Respuestas 510 15Lpidos 513 15.1 Lpidos 514 Investiga tu entorno Solubilidad de grasas y aceites 515 15.2 cidos grasos 516 Q um ica y salud cidos grasos omega-3 en aceites de pescado 520 15.3 Ceras, grasas y aceites 521 15.4 Propiedades qumicas de los triacilgliceroles 525 Q um ica y salud La grasa artificial olestra 526 Q um ica y salud cidos grasos trans e hidrogenacin. Un ejemplo estadounidense 527 Investiga tu entorno Tipos de grasas 528 Qumica verd e Biodisel como combustible alternativo 529
12. 12. x NDICE 15.5 Fosfoglicridos 531 Profesiones con qumica Fisbterapeuta 533 15.6 Esteroides: colesterol y hormonas esteroideas 533 Q um ica y salud Esteroides anabolizantes 539 15.7 Membranas celulares 540 Q um ica y salud Transporte a travs de las membranas oelulares 542 MAPA CO N CEPTU AL 543 De un vistazo! 543 Trminos clave 544 Comprender los conceptos 544 Ejercicios y problemas adicionales 545 Acepta el reto! 546 Respuestas 546 Com bina los conceptos de los captulos 13 a 15 550 16Aminocidos, protenas y enzimas 552 16.1 Funciones de las protenas 553 16.2 Aminocidos 554 16.3 Acidez y basicidad de los aminocidos 557 Profesiones con qumica Especialista en rehabilitacin 558 16.4 Formacin de pptidos 559 16.5 Niveles estructurales de las protenas 560 Q um ica y salud Opiceos endgenos 561 Q um ica y salud Los aminocidos esenciales 566 Q um ica y salud Estructura proteica y enfermedad de las vacas bcas 568 Investiga tu entorno Desnaturalizacin de las protenas de la leche 569 Q um ica y salud Anemia drepanocitica 570 16.6 Enzimas 571 16.7 Accin enzimtica 573 Q um ica y salud Las isoenzimas como herramientas diagnsticas 575 16.8 Factores que afectan a la actividad enzimtica 576 Investiga tu entorno Actividad enzimtica 577 16.9 Cofactores enzimticos 580 MAPA CO N CEPTUAL 583 De un vistazo! 584 Trminos clave 584 Comprender bs conceptos 585 Ejercidos y problemas adicbnales 587 Acepta el reto! 588 Respuestas 588 17cidos nucleicos y sntesis de protenas 591 17.1 Componentes de los cidos nucleicos 592 Profesiones con qumica Terapeuta ocupacional 595 17.2 Estructura primaria de los cidos nucleicos 596 17.3 La doble hlice del ADN 598 Qumica y salud Huella dactilar del ADN 601 17.4 El ARN y el cdigo gentico 602 17.5 Sntesis de protenas 607 Qumica y salud Antibiticos que inhiben la sntesis de protenas 609 17.6 Mutaciones genticas 610 Investiga tu entorno Un modeb de la replicacin y mutacin del ADN 611 17.7 Virus 613 Qumica y salud Cncer 616 MAPA CO N CEPTUAL 617 De un vistazo! 618 Trminos clave 618 Comprender bs conceptos 619 Ejercidos y problemas adicbnales 619 Acepta el reto! 620 Respuestas 620
13. 13. NDICE X III 18 Procesos metablicos y produccin de energa 623 18.1 Metabolismo y energa ATP 624 Qumica y salud Energa ATP y Ca2+necesarios para la contraccin muscular 628 18.2 Digestin de alimentos 629 Investiga tu entorno Digestin de hidratos de carbono 630 18.3 Coenzimas de inters y procesos metablicos 632 Q um ica y salud Intolerancia a la lactosa 635 18.4 Gluclisis: oxidacin de la glucosa 635 18.5 Ciclo del cido ctrico 641 18.6 Transporte electrnico 645 Qumica y salud Toxinas: inhibidores del transporte electrnico 650 18.7 Fosforilacin oxidativa y ATP 650 Qumica y salud ATP sintasa y calentamiento corporal 653 18.8 Oxidacin de cidos grasos 656 Investiga tu entorno Almacenamiento de grasas y grasa vascularizada 658 Qumica y salud Grasas almacenadas y obesidad 659 Qumica y salud Cuerpos cetnicos y diabetes 661 18.9 Degradacin de aminocidos 662 MAPA CO N CEPTUAL 667 De un vistazo! 668 Reacciones. Resumen 669 Trminos clave 670 Comprender bs conceptos 671 Ejercidos y problemas adidonales 672 Acepta el reto! 672 Respuestas 673 Com bina los conceptos de los captulos 16 a 18 675 A A-1 B B-1 C C-1 D D-1 CD-1Crditos Glosario/ndice alfabtico 1-1
14. 14. SECCIONES ESPECIALES //a h e g p a a. e^ O r/fO Unidades en las etiquetas 18 Equivalencias entre el SI y el mtrico en etiquetas 33 Se hunde o flota? 43 Contar caloras 57 Repulsin y atraccin 97 Calcular moles en la cocina 169 Oxidacin de frutas y verduras 186 Obtencin de un gas 213 Semejante disuelve a semejante 245 Preparacin de disoluciones 253 La osmosis en la vida diaria 270 Verduras y fbres: indicadores de pH 298 Representacin de vidas medias 335 Maduracin de la fruta 384 Modebs de bs ismeros cis-trans 388 Insaturacin en grasas y aceites 391 Polmeros y reciclado de plsticos 394 Alcoholes en los productos del hogar 407 Azcar y edulcorantes 500 Polisacridos 505 Solubilidad de grasas y aceites 515 Tipos de grasas 528 Desnaturalizacin de las protenas de la leche 569 Actividad enzimtica 577 Un modelo de la replicacin y mutacin del ADN 611 Digestin de hidratos de carbono 630 Almacenamiento de grasas y grasa vascularizada 658 xiv mmB Q u /m c -a & g a a c / Los primeros qumicos: bs alquimistas 6 Determinacin del porcentaje de grasa corporal 44 Densidad relativa de la orina 45 Perder y ganar peso 58 Variacin en la temperatura corporal 62 Quemaduras por vapor 71 La toxicidad del mercurio 88 Elementos esenciales para la salud 90 Elementos traza: esenciales para la salud 94 Reacciones biotgicas a la luz ultravioleta 107 Algunas aplicaciones de bs gases nobles 125 Algunos iones importantes del cuerpo 126 bnes poliatmicos en huesos y dientes 135 El esmog y su influencia en la salud 183 Bolsas calientes y bolsas fras 196 Medida de la presin sangunea 215 Relacin entre presin y volumen en la respiracin 218 Los gases de la sangre 233 Cmaras hiperbricas 234 El agua en el cuerpo 245 Electrolitos en bs fluidos corporales 250 Gota y piedras en el rin: problemas derivados de la saturacin de bs fluidos corporales 252 Las disoluciones y los coloides en el cuerpo 268 Dilisis en el rin y dilisis artificial 273 El cido del estmago, HCI 295 Anticidos 302
15. 15. Tampones en la sangre 306 Emisores beta en medicina 326 Radiacin y alimentos 331 Braquiterapia 332 Dosis de radiacin en procedimientos diagnsticos y teraputicos 338 Otras tcnicas de imagen 339 Aplicaciones habituales de los alcanos halogenados 364 Toxicidad del monxido de carbono 367 Ismeros cis-trans para la visin nocturna 390 Hidrogenacin de grasas insaturadas 392 Algunos compuestos aromticos habituales 397 Hidrocarburos aromticos policclicos 398 La importancia de algunos alcoholes 409 teres y anestsicos 411 Oxidacin de alcohol en el organismo 418 Aldehidos y cetonas de inters 423 Enantimeros en sistemas biolgicos 433 Alfa-hidroxicidos 451 cido saliclico y cido acetilsaliclico 456 Las aminas en medicina 464 Alcaloides: las aminas de las plantas 467 Las amidas en medicina 471 Hiperglucemia e hipoglucemia 490 Pruebas de glucosa en la orina 496 Cun dulce es mi edulcorante? 501 Tipos de sangre e hidratos de carbono 502 cidos grasos omega-3 en aceites de pescado 520 La grasa artificial olestra 526 cidos grasos trans e hidrogenacin. Un ejemplo estadounidense 527 Esteroides anabolizantes 539 Transporte a travs de las membranas celulares 542 Opiceos endgenos 561 Los aminocidos esenciales 566 Estructura proteica y enfermedad de las vacas locas 568 Anemia drepanoctica 570 Las isoenzimas como herramientas diagnsticas 575 Huella dactilar del ADN 601 Antibiticos que inhiben la sntesis de protenas 609 Cncer 616 Energa ATP y Ca2* necesarios para la contraccin muscular 628 Intolerancia a la lactosa 635 Toxinas: inhibidores del transporte electrnico 650 ATP sintasa y calentamiento corporal 653 Grasas almacenadas y obesidad 659 Cuerpos cetnicos y diabetes 661 SECCIONES ESPECIALES P r o fe g /c'/o x e e c o n (fu /n /c d Tcnico veterinario 38 Tcnico quirrgico 60 Histlogo 69 Optometrista u ptico 99 Rsioterapeuta 128 Anestesista 224 Asistente de ortopedia 248 Gelogo 357 Farmacutico 416 Asistente de laboratorio clnico 470 Tcnico en anlisis sanguneos 500 Rsioterapeuta 533 Especialista en rehabilitacin 558 Terapeuta ocupacional 595 Q u /zn /c a . El DDT, buen pesticida, mal pesticida 8 Estimacin de la antigedad de objetos 336 Grupos funcionales en compuestos orgnicos habituales 373 Alquenos con aroma 386 Feromonas y comunicacin en los insectos 389 Vainilla 421 Accin limpiadora de los jabones 461 v - e n /e Toxicologa y evaluacin de la relacin riesgo-beneficio 34 El dixido de carbono y el calentamiento global 55 Bombillas de bajo consumo 106 Pilas de combustible: energa limpia para el futuro 188 Gases con efecto invernadero 222 La lluvia cida 299 Radn en nuestros hogares 325 Centrales nucleares 342 Petrleo 368 Biodisel como combustible alternativo 529
16. 16. tfa/apas-a aresoac/*ce,prw&Mae Gua para la resolucin de problemas empleando factores de conversin 36 Gua para los clculos a partir del calor especfico 64 Gua para los clculos a partir del calor de fusin/evaporacin 68 Gua para la nomenclatura de compuestos inicos con metales que solo forman un ion 130 Gua para la nomenclatura de compuestos inicos de metales oon carga variable 132 Gua para la formulacin de compuestos inicos 132 Gua para la nomenclatura de compuestos inicos con iones poliatmicos 137 Gua para la nomenclatura de compuestos covalentes 142 Gua de formulacin de compuestos covalentes 142 Gua para predecir la geometra molecular (Teora VSEPR) 149 Gua para calcular masas molares 167 Gua para la conversin de moles en gramos 170 Gua para ajustar una ecuacin qumica 176 SECCIONES ESPECIALES Gua para el uso de los factores molares 191 Gua para calcular las masas de reactivos y productos en una reaccin qumica 193 Gua para aplicar las leyes de los gases 217 Gua para el empleo del volumen molar 228 Gua para utilizar el volumen molar en reacciones 229 Gua para calcular concentraciones 256 Gua para calcular la masa o el volumen a partir de la concentracin 258 Gua para calcular diluciones 263 Gua para operaciones con disoluciones en reacciones qumicas 266 Gua para el clculo de [H30 +] y [OH"jen disoluciones acuosas 291 Gua para el clculo del pH de una disolucin acuosa 295 Gua para ajustar una ecuacin de neutralizacin 300 Gua para bs clculos en una valoracin cido-base 303 Gua para formular una ecuacin nuclear 324 Gua para la nomenclatura de alcanos 361 Gua para la representacin de alcanos 363 Gua para nombrar alquenos y alquinos 385
17. 17. DATOS SOBRE LA AUTORA Karen Timberlake es Profesora Emrita en Los Angeles Valley College, don de ha impartido clases de Qumica para estu diantes de Ciencias de la Salud y de Qumica General durante 36 aos. Se gradu en Qumica por la Universidad de Washington y realiz un Mster en Bioqumica por la Universidad de California en Los ngeles. A lo largo de ms de 30 aos, la Profesora Timberlake ha escrito varios libros de texto sobre Qumica. En este periodo de tiempo, su nombre se ha visto asociado con el uso estra tgico de nuevas herramientas pedaggicas que faciliten el xito de los estudiantes en sus estudios de Qumica y en la aplicacin de la Qumica a las situaciones de la vida cotidiana. Ms de un milln de estudiantes han aprendido Qumica utilizando los libros de texto, manuales de laboratorio y guas de estudio escritos por Karen Timberlake. Adems de Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica, dcima edicin, es tambin autora de Qumica General, Orgnica y Biolgica, estructuras dla vida, segun da edicin, y de Qumica, segunda edicin, junto con los libros de acompaamiento Study Guide with Solutionsfor Selected Problems, Laboratory Manual y Essentials Laboratory Manual. La Profesora Timberlake pertenece a diversas organizaciones cientficas y educativas, entre las que se incluyen la Sociedad Americana de Qumica y la Asociacin Nacional de Profesores de Qumica. Fue galardonada con el Premio a la Excelencia en la Enseanza de la Qumica en las universidades de la regin oeste, otorgado por la Asociacin de Fabricantes de Productos Qumicos. En el ao 2004 recibi el Premio McGuffey de Ciencias Fsicas de la Asociacin de Autores Acadmicos y de Libros de Texto por la octava edicin de la obra que nos ocupa, Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica, manual que ha demostrado su excelencia a lo largo del tiempo. En el ao 2006 recibi el Premio a la Excelencia del Libro de Texto por la primera edicin de Qumica. Ha recibido varias becas para la enseanza de las ciencias, entre las que se incluyen la Colaboracin de Los ngeles para la Excelencia en la Enseanza y una beca Title III en su universidad. Ha impartido conferencias y participado en congresos sobre el uso de los mtodos de la ense anza de la Qumica especialmente centrados en los estudiantes y en favorecer el xito en el aprendizaje de los alumnos. Su marido, Bill, es tambin Profesor Emrito de Qumica y ha colaborado en la redaccin del presente texto. Ha impartido Qumica Orgnica y Qumica General en Los Angeles Harbor College durante 36 aos. Cuando los Profesores Timberlake no estn escribiendo libros de texto, se relajan practicando el senderismo, viajando, descubriendo nuevos restau rantes, cocinando, jugando al tenis o cuidando de sus nietos, Daniel y Emily. Dedicatoria Dedico este libro a: Mi marido, por su paciencia, su carioso apoyo y la preparacin de comidas a horas tardas Mi hijo John, mi nuera Cindy, mi nieto Daniel y mi nieta Emily, por todas las cosas buenas de la vida Los estupendos estudiantes, cuyo duro trabajo durante todos estos aos y su compromiso siempre me han motivado y han sido el objetivo de mis escritos Citasfavoritas El arte completo de la enseanza es nicamente el arte de despertar la curiosidad natural de las mentes jvenes. Anatole France Uno debe aprender haciendo las cosas; aunque creas que lo sabes, no puedes estar seguro hasta que lo pruebas. Sfocles El descubrimiento consiste en ver lo que ve todo el mundo y pensar lo que nadie ha pensado. Albert Szent-Gyorgi Nunca enseo a mis alumnos; simplemente intento suministrarles las condiciones en las que pueden aprender. Albert Einstein xvii
18. 18. PREFACIO AL ESTUDIANTE Bienvenido a la dcima edicin de Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnicay Biolgica. Se trata de un texto de Qumica diseado para aquellos estudiantes que piensan seguir una carrera centrada en el rea de las Ciencias de la Salud, como puede ser la Enfermera o la Teraputica. El texto est desarrolla do suponiendo que el estudiante no posee conocimientos previos de Qumica. En esta nueva edicin se aaden nuevas estrategias para la resolucin de los problemas y nuevos problemas concep tuales y de desafo. Este libro trata los aspectos fundamentales de la Qumica General, Orgnica y Biolgica. Se ha escrito con el propsito de proporcionar un entorno de aprendizaje que haga que el estudio de la Qumica sea una experiencia positiva y atractiva. Tambin se pretende ayudar al estudiante en su transformacin en un pen sador crtico al comprender los conceptos cientficos que forma rn la base necesaria para tomar decisiones importantes sobre temas relacionados con la salud y el medioambiente. Por esta razn, se han utilizado materiales que: Motivan el aprendizaje y el disfrute de la Qumica Relacionan la Qumica con diversas carreras de gran inters Desarrollan habilidades para laresolucin de problemas que conducen al xito en el estudio de la Qumica Favorecen el aprendizaje Este libro se ha escrito con laesperanza de que ayude a descu brir nuevas y excitantes ideas y de proporcionar una experiencia gratificante al desarrollar la posibilidad de entender y apreciar el papel de la Qumica en nuestras vidas. CARACTERSTICAS DEL TEXTO Quizs muchos alumnos se pregunten por qu en sus estudios existe una asignatura de Qumica. Muchos de ellos creen que la Qumica no es ms que una serie de hechos que deben aprenderse de memoria. Para cambiar estas ideas, se han incluido muchos aspectos que ayudan a aprender la relacin de la Qumica con la vida diaria y con las carreras del rea de las Ciencias de la Salud, y que proporcionan las habilidades necesarias para aprender esta materia de forma satisfactoria. Entre estos aspectos se incluyen las conexiones con la vida cotidiana, las guas visuales para la resolucin de problemas y las series de problemas de los captu los, diseadas para que se trabajen en el momento, reforzando as el aprendizaje de nuevos conceptos. El programa de aprendiza je que se sigue en este libro proporciona numerosas herramientas, que se describen a continuacin. Entrevistas con cientficos y profesionales del rea sani taria al comienzo de los captulos Se inicia cada captulo con una entrevista a un profesional de alguna carrera como Enfermera, Antropologa Forense, Fisioterapia o Terapia Respiratoria. Estos profesionales de las reas cientficas o sanita rias comentan la importancia de la Qumica en sus carreras. Objetivos de aprendizaje Los objetivos de aprendizaje de cada seccin (El objetivo es...) indican los conceptos que el estudiante debe adquirir al estudiar el captulo. Conexiones con la vida cotidiana Los apartados Qumica y salud, Qumica verde y Qumica y medioambiente rela cionan la Qumica con tpicos de la vida cotidiana en las Ciencias y la Medicina que presentan inters y motivan a los estudiantes a la vez que respaldan el papel de la Qumica en el mundo real. El apartado Investiga tu entorno permite que los estudiantes explo ren diferentes campos de la Qumica empleando materiales de la vida diaria. Las entrevistas recogidas en Profesiones con qumi ca proporcionan ejemplos adicionales de profesionales que emplean la Qumica en sus trabajos. Guas para la resolucin de problemas y autocompro- bacin Como parte de un programa global de aprendizaje, los apartados Ejercicios resueltos y Ahora t! proporcionan tc nicasadecuadaspara laresolucindeproblemas. En losEjercicios resueltos, los bloques de color guan visualmente hacia la solu cin. Por su parte, las respuestas a la seccin Ahora t! se recogen al final de cada captulo. Cuestiones y problemas en cada seccin Al final de cada seccin, una serie de Ejercicios y problemas permiten aplicar la resolucin de problemas a los conceptos adquiridos. Al trabajar los problemas despus de cada seccin, se reftierzan inmediatamente los conocimientosadquiridos, lo que es mejorque esperar hasta lle gar al final del captulo. Se recomienda al estudiante que sea activo ypractique los conceptos segn avance a lo largo del captulo. Parejas combinadas de problemas Cada ejercicio o proble ma del texto se encuentra emparejado con un ejercicio o problema similar. De cada pareja, la respuesta para el problema con nmero impar se encuentra al final de cada captulo. Comprobar las res puestas proporciona informacin sobre la habilidad para resolver problemas. Como las respuestas a los problemas pares no se encuentran en este libro, el profesor puede utilizar dichos proble mas como tareas para casa y/o preguntas de examen. Preguntas de cierre del captulo Al final de cada captulo, hay ms prctica, empezando con Comprender los conceptos, que anima a reflexionar sobre los conceptos aprendidos. Los Ejercicios y problemas adicionales proporcionan preguntas ms completas que integran diferentes tpicos del captulo a fin de potenciar el entendimiento y el pensamiento crtico. Acepta el reto! permite un estudio a mayor profundidad; este apartado pue de utilizarse en entornos de aprendizaje cooperativo. Ilustraciones artsticas de lo macro a lo micro de la organizacin atmica Alo largo del texto, un amplio y brillan teprograma de ilustraciones conecta visualmente el mundo real con representaciones a nivel atmico. Las ilustraciones nos ensean que los objetos de la vida cotidiana tienen un nivel atmico de organi zacin y estructura que determina su comportamiento y sus funcio nes. Cada figura contiene una pregunta que invita a estudiarla y relacionarlacon el contenido del texto. El uso abundante de estruc xviii
19. 19. PREFACIO X X turas tridimensionales de las molculas estimula la imaginacin y ayuda a entender las estructuras atmicas y moleculares. Ayudas al final del captulo Al final de cada captulo, un Mapa conceptual relaciona de forma visual los tpicos y concep tos del captulo; los diferentes resmenes proporcionan una visin general de los temas ms importantes, y los Trminos clave y sus definiciones pueden ayudar a repasar el vocabulario nuevo. NOVEDADES DE LA DCIMA EDICIN Para esta dcima edicin se han aadido las siguientes novedades en cada captulo: Ms Guas para la resolucin de problemas, que ilustran estrategias de resolucin. Nuevas notas de Qumica verde, que incluyen temas como: Biodisel: Un combustible alternativo, Gases de invernadero y Bombillas ahorradoras de energa. Nuevas notas sobre Qumica y salud, que incluyen temas como: Braquiterapia y La estructura de las protenas y la enfermedad de las vacas locas. Nuevas entrevistas en el apartado Profesiones con qumi ca, como la realizada a un gelogo. Modelos moleculares en las series de problemas que aumen tan el entendimiento visual de las reacciones qumicas. Medidas en partes por milln (ppm) y en partes por billn (ppb). Nuevos modelos de estrategias para la resolucin de proble mas en Ejercicios resueltos y Ahora t!. Nuevos ejercicios en el apartado Comprender los concep tos, que aaden ejemplos visuales al aprendizaje conceptual. Nuevas series de problemas en Combina los conceptos de los captulos..., que contienen ejercicios de mayor dificul tad al combinar tpicos de varios captulos. ORGANIZACIN DE LOS CAPTULOS EN LA DCIMA EDICIN Prlogo El prlogo presenta a los alumnos los conceptos que se esconden detrs de lostrminosproductos qumicos y qumica, exponiendo el mtodo cientfico, y cuestiona a losalumnos paraque desarrollen un plan de estudio que los ayude en su aprendizaje. Los nuevos puntos incluidos en el Prlogo son El objetivo es..., Mapa conceptual, Ahora t!, Ejercicios y problemas adicionales, Acepta el ieto!y Respuestas. Seha aadido tambin el cuadro Qumicay salud titulado Los primeros qumicos: los alquimistas. Captulos 1 y 2 El captulo 1, Medidas, versa sobre las medidas y la necesidad de entender las estructuras numricas del sistema mtrico en las cien cias. La seccin 1.2, Notacin cientfica, es nueva. Entre los puntos aadidos se incluyen el tiempo en segundos, los prefijos tera y pico en el sistema mtrico y en el SI, las partes por milln y las partes por billn, y Qumica verde: Toxicologa y evalua cin de la relacin riesgo-beneficio. Las Guas para la reso lucin de problemas emplean bloques de color como gua visual de la ruta a seguir para resolver el problema. El captulo 2, Energa y materia, trata sobre la energa y el calor, los valores energticos nutridonales, las conversiones de temperatura, los estados de la materia y la energa involucrada en los cambios de estado. Se emplea el julio (J) como unidad del SI en nuevos problemas sobre energa. Se ha actualizado el conteni do de Qumica verde: El dixido de carbono y el calentamiento globab>. Los Ejercicios resueltos se han modificado para utili zar la estrategia de la Gua para la resolucin de problemas. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 1y 2 es una novedad de esta edicin. Captulos 3, 4 y 5 El captulo 3, Atomos y elementos, cubre la clasificacin de la materia, los elementos, los tomos y las partculas subatmicas. La seccin 3.3, La tabla peridica, hace hincapi en la numera cin de los grupos de 1 a 18. Se han aadido los elementos de nmeros atmicos 116 y 118. Entre las novedades incluidas estn Qumica y salud: La toxicidad del mercurio; el descubrimiento de los electrones por J. J. Thomson, usando el tubo de rayos cat dicos; el clculo de la masa atmica media de un elemento a tra vs del tanto por ciento de abundancia y la masa de los istopos, y Qumica verde: Bombillas de bajo consumo. En la sec cin 3.8, Variaciones peridicas, se tratan las propiedades peridicas de los elementos, entre las que se incluyen los electro nes de valencia, el tamao atmico y la energa de ionizacin. El captulo 4, Los compuestos qumicos y sus enlaces, des cribe cmo los tomos forman enlaces inicos y covalentes y cmo se forman los compuestos. Los estudiantes aprendern a escribir frmulas y a nombrar los compuestos inicos, incluidos aquellos que poseen iones poliatmicos y los compuestos cova lentes. Se ha aadido una discusin sobre los tamaos de los to mos y de sus correspondientes iones. La seccin 4.6, Electro- negatividad y polaridad de enlaces, lleva al tratamiento de la polaridad de los enlaces y las molculas. Se ha aadido la sec cin 4.8, Fuerzas de atraccin intermoleculares. El captulo 5, Cantidades y reacciones qumicas, introduce los moles y las masas molares de los compuestos, que se emplean en los clculos para determinar la masa o el nmero de partculas que hay en una determinada cantidad de compuesto. En la sec cin 5.5, Tipos de reacciones, se estudian las colisiones e inte racciones entre tomos y molculas. Los estudiantes aprendern a ajustar y a reconocer los tipos de reacciones qumicas. Hay una nueva nota de Qumica verde: Pilas de combustible: energa lim pia para el futuro. En la seccin 5.7, Relaciones entre moles en las ecuaciones qumicas, y en la seccin 5.8, Clculos de masas para las reacciones, se prepara a los alumnos en el tema de las relaciones cuantitativas en las reacciones. El captulo termina con la seccin 5.9, La energa en las reacciones qumicas, en la que se trata laenerga de activacin y las reacciones endo- y exotrmi cas. Entre las novedades aadidas se encuentran nuevos proble mas en las secciones Comprender los conceptos y Acepta el reto!. El conjunto de problemas del apartado Combina los con ceptos de los captulos 3 a 5 es una novedad de esta edicin.
20. 20. XX PREFACIO Captulos 6, 7 y 8 El captulo 6, Gases, versa sobre las propiedades de los gases y la forma de calcular los cambios en ellos, empleando las leyes correspondientes. Las estrategias para la resolucin de problemas favorecen la discusin y los clculos con dichas leyes. Entre los nuevos puntos tratados se incluyen la prediccin de cambios en las variables de los gases; la Gua para la resolucin de proble mas utilizando el volumen molar en reacciones para el ejercicio resuelto 6.12; la tabla 6.4: Resumen de las leyes de los gases, y Qumica verde: Gases con efecto invernadero. En el captulo 7, Disoluciones, se describen las disoluciones, la saturacin, la solubilidad, los electrolitos, las concentraciones y la smosis y dilisis. Las estrategias para la resolucin de proble mas clarifican el uso de las concentraciones para calcular el volu men o la masa del soluto. Los volmenes y las molaridades de las disoluciones se emplean en las reacciones qumicas. Se han actua lizado las explicaciones sobre dilucin, valoracin y smosis, y se han agregado nuevos problemas sobre concentracin y dilucin. El captulo 8, Acidos y bases, versa sobre los cidos y bases y su fortaleza, los pares conjugados cido-base, la ionizacin del agua, el pHy los tampones. La seccin 8.1, Acidos ybases, inclu ye ahora los cidos y bases de Bronsted-Lowry. Entre los nuevos puntos tratados se encuentran el clculo de la [H30 +]a partirdel pH; Qumica verde: La lluviacida,y nuevos problemas relacionados con la lluviacida. Las valoraciones cido-base utilizan las reaccio nes de neutralizacin para calcular la cantidad de cido de una muestra. El conjunto de problemas del apartado Combina loscon ceptos de los captulos 6 a 8 es una novedad de esta edicin. Captulos 9,10,11 y 12 En el captulo 9, Radiacin nuclear, se estudian los tipos de part culas radiactivas que emiten los ncleos de los tomos radiactivos. Se escriben y se ajustan las ecuaciones tanto para la radiactividad natural como para la artificial. Se ha aadido al texto la discusin sobre los efectos biolgicos de la radiacin, adems del cuadro Qumica y salud: Braquiterapia y una actualizacin de la discu sin sobre la presencia del gas radn en los hogares. Seestudian las vidas medias de los radioistopos, y se calcula el tiempo necesario para la descomposicin de una muestra. Se describen los radiois topos ms importantes en el campo de la Medicina Nuclear. En el captulo 10, Introduccin a la Qumica Orgnica: los alcanos,se introducen los compuestos orgnicos, comenzando con la familia de los alcanos. Las reglas de nomenclatura se clarifican gracias a los diferentes apartados de Gua para la resolucin de problemas. El captulo acaba con la seccin 10.5, Grupos funcio nales, una introduccin a cada familia de compuestos orgnicos, bsica para entender las biomolculas de los organismos vivos. En el captulo 11, Hidrocarburos insaturados, se estudian los alquenos y los alquinos, los ismeros cis-trans, las reacciones de adicin, los polmeros de los alquenos y los compuestos aro mticos. En la seccin 11.3, Reacciones de adicin, se estudian la hidrogenacin y la hidratacin, vitales en los sistemas biolgi cos. Tambin se tratan los polmeros sintticos que se emplean en los objetos de uso cotidiano. En el captulo 12, Compuestos orgnicos con oxgeno y azufre, se tratan los alcoholes, los teres, los tioles, los aldehidos y las cetonas. La discusin sobre las Proyecciones de Fischer inserta en la seccin 12.6, Molculas quirales, se ha redactado de nuevo con objeto de preparar mejor a los estudiantes para el posterior estudio de los hidratos de carbono (captulo 14) y de los aminocidos (captulo 16), junto con los frmacos quirales y su comportamiento en los seres vivos. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 9 a 12 es una novedad de esta edicin. Captulos 13, 14 y 15 En el captulo 13, Acidos carboxlicos, steres, aminas y amidas, secompleta el estudio de laQumica orgnica. Sediscuten las fami lias y las reacciones qumicas que tienen una mayor aplicacin en los sistemas bioqumicos. En las secciones 13.1, Acidos carbox licos, y 13.2, Propiedades de los cidos carboxlicos, se estudian el grupo carboxilo y los cidos carboxlicos como cidos dbiles. Las secciones 13.4, Aminas, y 13.5, Amidas, hacen hincapi en el tomo de nitrgeno y en los grupos funcionales y su nomen clatura. Qumica y salud: Alcaloides: las aminas de las plantas trata de las aminas naturales que se encuentran en las plantas. En el captulo 14, Hidratos de carbono, se aplica la Qumica orgnica a la Bioqumica, lo que relaciona el estudio de la Qumica con las Ciencias de la Salud y la Medicina. Las sec ciones 14.2, Proyecciones de Fischer de los monosacridos, y 14.3, Frmulas de Haworth de los monosacridos, son dos ttulos con contenidos nuevos. Muchas estructuras se han redibu- jado en forma de proyecciones de Fischer. Tambin se han aadi do ms ejemplos de azcares a la discusin sobre edulcorantes de la seccin 14.5, Disacridos. En el captulo 15, Lpidos, se contina el estudio de las bio molculas con los cidos grasos, los triacilgliceroles (triglicri- dos), los glicerofosfolpidos y los esteroides. Se ha aadido el cido araquidnico a la tabla 25.1 sobre cidos grasos. Se ha rees crito el estudio de los ismeros cis y trans buscando una identifi cacin ms fcil de los ismeros. Una nota nueva de Qumica verde trata sobre el biodisel como un combustible alternativo, ya que no est basado en el petrleo. Entre las notas de Qumica y salud, presentan inters para los estudiantes las dedicadas a la olestra, a los cidos grasos trans y a las lipoprotenas. Se estudia el papel de los lpidos en las membranas celulares, as como el de los lpidos que actan como hormonas esterodicas. En Acepta el reto!, se pide a los alumnos que hagan clculos relativos a la hidrogenacin y saponificacin de un triacilglicerol. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captu los 13 a 15 es una novedad de esta edicin. Captulos 16, 17 y 18 En el captulo 16, Aminocidos, protenas y enzimas, se estudian los aminocidos, la formacin de protenas, los niveles estructura lesde lasprotenas, las enzimas y laaccin de las enzimas. Entre los nuevos puntos aadidos se incluyen un tratamiento actualizado de los zwiteriones y de los puntos isoelctricos y el cuadro Qumica y salud: Estructura proteica y enfermedad de las vacas locas. Los aminocidos se representan como las formas ionizadas que existen en las disoluciones fisiolgicas. La seccin 16.5, Niveles estruc turalesde las protenas, describe la importancia de laestructura de lasprotenas en los niveles primario, secundario, terciario y cuater nario. Las enzimas se tratan como catalizadores biolgicos, junto
21. 21. PREFACIO xx con la influencia de las concentraciones de sustrato, los cofactores, los inhibidores y la desnaturalizacin en la accin de la enzima. El captulo 17, Acidos nucleicos y sntesis de protenas, des cribe los componentes y la estructura de los cidos nucleicos. El papel del emparejamiento de bases complementarias se seala tan to en la replicacin del ADN como en la formacin del mARN durante la sntesis de protenas. Los puntos nuevos del captulo incluyen la sustitucin del trmino base nitrogenada por base y la comparacin de los porcentajes de A y T, G y C en el ADN. Una nota nueva de Qumica y salud describe la huella dactilar del ADN y su papel en la Medicina y la Criminologa. La sec cin 17.4, El ARN y el cdigo gentico, estudia larelacin entre el cdigo gentico y el orden de los aminocidos en una protena. Las mutaciones describen las formas en las que una secuencia de nucletidos se ve alterada en las enfermedades genticas. En la seccin 17.7, Virus, se explica cmo el ADN y ARN de los virus utilizan las clulas anfitrin para formar nuevos virus. El captulo 18, Procesos metablicos y produccin de ener ga, versa sobre los procesos metablicos de las biomolculas, desde la digestin de los alimentos hasta la sntesis del ATP. Los estudiantes aprendern los pasos del metabolismo y de la diges tin de los hidratos de carbonojunto con las coenzimas necesarias en las rutas metablicas. La fragmentacin de la glucosa para for mar piruvato se describe empleando la ruta de la gluclisis, que contina con la descarboxilacin del piruvato a acetil CoA. Tambin se estudiar la incorporacin del acetil CoA en el ciclo del cido ctrico y la formacin de coenzimas reducidas. Se des criben el transporte de electrones, la fosforilacin oxidativa y la sntesis del ATP. Adems, se trata la oxidacin de los lpidos y la degradacin de los aminocidos. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 16a 18 es una novedad de esta edicin. PAQUETE DE INSTRUCCIN El libro Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica, dcima edicin, es el ncleo de un paquete integrado de material de soporte de enseanza y aprendizaje tanto para los estudiantes como para los profesores. NUEVO TUTORIAL ONLINE Y SISTEMA DE ESTUDIO EN CASA MasteringChemistry www.masteringchemistry.com G H E M I S T R Y MasteringChemistry MasteringChemistry es el tutorial y el sistema de tareas y autoestu- dio ms avanzado que se haya preparado hasta la fecha. Est dispo nible en lengua inglesa para todos los estudiantes y profesores. Para los profesores, MasteringChemistry permite tutorizar y evaluar a los alumnos de una clase como nunca. Los profesores pueden: Proporcionardeberes eficaces para casa y asignar tareas con calificacin automtica. Crear rpidamente las tareas, esco gindolas de entre una gran variedad en cuanto a categoras y tipos de tareas, de actividades dinmicas de visualizacin, de tutoriales interactivos y de problemas al final de cada seccin y del captulo. Generar exmenes y test. Las herramientas exclusivas identifican instantneamente la valoracin de las preguntas por la dificultad, duracin y cobertura de los conceptos del curso. Observar de un vistazo las estadsticas del curso, comparar los resultados con los de la media general, identificar el pro blema ms difcil para los alumnos, o el tiempo empleado por cada alumno para resolverlos. El elaborado anlisis de las respuestas de cada alumno permite refinar sistemti camente cada punto a fin de optimizar la eficacia educativa y la exactitud de la evaluacin. Para los estudiantes, MasteringChemistry es una gua inme diata: Los problemas de auto-tutora proporcionan una respuesta especfica a los errores ms habituales y suministran puntos para una valoracin parcial. Tanto si los profesores asignan trabajos o actividades a los alumnos fuera de clase como si no lo hacen, los estudiantes tienen acceso a una abundante serie de medios para el autoestudio. Las actividades interactivas fomentan el apren dizaje gracias a los diferentes subprogramas y a las predic ciones que son capaces de realizar. Tambin se proporcio nan otras ayudas dirigidas a la autoevaluacin, entre las que se incluyen pruebas de conocimiento, preguntas de resumen y estudios de casos relacionados con el mundo cotidiano. A lo largo de la dcima edicin de Qumica: Una introduc cin a la Qumica General, Orgnicay Biolgica, los iconos dirigen al estudiante a ChemPlace, al que pueden acceder a travs de un linkdel rea de estudio de MasteringChemistry. Las actividades de autoestudio, los casos, las pruebas de conocimiento y dems corresponden a los conceptos que los estudiantes estn explorando en ese momento. ACTIVIDAD DE AUTOESTUDIO Los estudiantes pueden explorar tutoriales interactivos sobre los conceptos clave en Qumica General, Orgnica y Biolgica. Estas actividades, que se realizan al ritmo que desea el estudiante, le permiten hacer predicciones, generar grficas y ver animaciones, al mismo tiempo que se enfren tan a los errores de concepto ms habituales y construyen los fundamentos de sus conocimientos sobre Qumica. CASOS PARA ESTUDIAR... A TU RITMO Estudios de casos accesibles online ayudan a los alumnos a comprender que la Qumica es relevante, fascinante y vital para el mundo que los rodea. Estos casos reales motivan a los estudiantes a comprender que sus estudios de Qumica General, Orgnica y Biolgica pueden tener un buen uso en el mundo real. Adems, tratan de temas tales como los cl culos en el rin, la hiperventilacin y la irradiacin de ali mentos. PARA LOS ESTUDIANTES Edicin especial de Chemistry PlaceTM de la dcima edi cin del libro Qumica: Una introduccin a la Qumica General,
22. 22. xxii PREFACIO Orgnicay Biolgica. (Acceso a travs del StudyArea de la http:// www.masteringchemistry.com.) i,
23. 23. PREFACIO xxii REVISORES Revisores de la dcima edicn Kristopher M. Baker, SUNY, Rockland CC Daniel Bernier, Riverside City College David Canoy, Chemeketa Community College Ron Choppi, Chaffey College Susan E. Cordova, CentralNew Mexico Community College Alan D. Earhart, Southeast Community College Coretta Fernandes, Lansing Community College Eric Goll, Brookdale Community College John G. Griggs, Troy University Byron Howell, TylerJunior College Shelli Hull, Tarrant County Community College, South Timothy Kreider, University o fMedicine & Dentistry o fNewJersey Nancy Leigh, Spoon River College Chunmei Li, Stephen F. Austin State University Chris Massone Molloy College Susanne McFadden, Tarrant County Community College, NW Felix Ngassa, Grand Valley State University Dr. MaryKay Orgill, University o fNevada, Las Vegas Gordon A. Pomeroy, York Technical College Lesley Putman, Northern Michigan University Marie Quirie, Algonquin College Kathleen Thrush Shaginaw, Particular Solutions, Inc. Mark Thomson, Ferris State University Rod Tracey, College o f the Desert Eileen Reilly-Wiedow, Fairfield University Revisores de la novena edicn Stephan Angel, Washburn University Martin Brock, Eastern Kentucky University Salim Diab, University o fSt. Francis Adeiiza Flores, City College o fSan Francisco Mushtaq Khan, Union County College Da-Hong Lu, Fitchburg State College Janice ODonnell, Henderson State University Paris Powers, Volunteer State Conmiunity College Kellie Summerlin, Troy State University Revisores de la octava edicin Mamta Agarwal, Chaffey Community College David Ball, Cleveland State University Bai Barot, Lake Michigan University Gerald Bergman, Northwest State College Ildy Boer, County College o fMorris Ana Ciereszko, Miami-Dade Community College Bob Eierman, University ofWisconsin-Eau Claire Sandra Etheridge, GulfCoast Community College Jean Gade, Northern Kentucky University Eric Goll, Brookdale Community College Kevin Gratton, Johnson County Community College Denise Guinn, Regis College Michael Hauser, St. Louis Community College-Meramec John Havrilla, University o fPittsburgh-Johnstown Jack Hefley, Blinn College Larry Jackson, Montana State University T. G. Jackson, University o fSouth Alabama Sharon Kapica, County College o fMorris Colleen Kelley, Northern Arizona University Peter Krieger, Palm Beach Community College Kathryn MacNeil, Kent State University-Tuscarawas Hank Mancini, Paradise Valley Community College Larry McGahey, College o fSt. Scholastica R. John Muench, Heartland Community College Thomas Nycz, Broward Community College Jung Oh, Kansas State University-Salina Steve Samuel, State University o fNew York-Old Westbury Karen Sanchez, Florida Community College-Jacksonville Bahar Sheikh, Barton County Community College Mark Sinton, Clarke College Scott Smith, Montcalm Community College Heinz Stucki, Kent State University-Tuscarawas Eric Taylor, University o fLouisiana at Lafayette Beth Wise, Brookdale Community College Cheryl Wistrom, SaintJoseph 's College
24. 24. ENFOQUE PROFESIONAL Y APLICACIONES EN LA VIDA DIARIA ESTE TEXTO SE HA DISEADO PARA AYUDAR A LOS ESTUDIANTES A ALCANZAR SUS OBJETIVOS PROFESIONALES EN E S T A U N ID A D ... Cantidades y reacciones qumicas En nuestro laboratorio de ciencias de la alimentacin desarrollamos una gran variedad de alimentos, desde bollera tipo donuts hasta bebidas energticas, diceAnne Cristofano, tcnica superior en alimentacin en Mattson & Company. Cuando comenz elproyecto de los donuts, investigamos los ingredientes, lospesamos en el laboratorio, aadimos agua para hacer la masa y cocinamos los donuts en una freidora. La masa y la temperatura del aceite suponen grandes dificultades. Cuando no conseguimos el sabor y la textura deseados, ajustamos los ingredientes como el azcary la harina o la temperatura. Un tcnico en alimentacin estudia las propiedadesfsicas y qumicas de los alimentos y desarrolla mtodos cientficos para su procesado y conservacin durante mucho tiempo antes de su consumo. Los productos de alimentacin seprueban para conocer su textura, colory olor, y los resultados de estaspruebas ayudan a mejorarla calidad y seguridad de los alimentos. 5.1 El mol 5.2 Masa molar 5.3 Cambios qumicos 5.4 Ecuaciones qumicas 5.5 Tipos de reacciones 5.6 Reacciones de oxidacin-reduccin 5.7 Relaciones entre moles en las ecuaciones qumicas 5.8 Clculos de masas para las reacciones 5.9 La energa en las reacciones qumicas w hem istry ^ c place Visita www.chefnplace.com y encontrars cuestiones adicionales, tutoriales interactivos, informacin profesional, diapositivas en PowerPoint para repasar el captulo, ayuda para resolver las operaciones matemticas y casos prcticos. X X V
25. 25. En la web El StudyArea de MasteringChemistry se adentra en cada una de las profesiones comentadas en Profesiones con qumica y gua a los alumnos a travs de estudios de caso interactivos. Enfoque profesional Dentro de cada captulo hay ejemplos adicionales de profesionales del rea de las Gencias de la Salud que emplean la Qumica en su labor diaria. Inicio del captulo cada captulo comienza con una entrevista a un profesional del rea de las Ciencias de la Salud o alguna otra rea relevante. Estas entrevistas muestran cmo interaccionan las labores de dichos profesionales con la Qumica. Fsoterapeuta Segn el fsoterapeuta Vincent Leddy los fisioterapeutas necesitan conocer cmo funciona el cuerpo, los msculos y las articulaciones para darse cuenta de si algo no funciona o si es necesario fortale ceralgunapartedel cuerpo. Paranosotros, laqumica es muyimportante, ya que nos ayudaacomprender lafisiologadel cuer poy el efecto que ciertos cambiosqumi cosproducenenel movimiento. Medecid a estudiar fisioterapia porque me gusta ensear a moverse a los nios; llevo a Maggie en su silla deruedas, pero la dejo moverse por s misma todo lo que ella pueda. La ayudo proporcionndole un apoyoslidoy laconfianzade queestar sujeta y no se caer. Trabajo para conse guir que Maggie logre mover todo su cuerpo, al mismotiempoque unterapeuta ocupacional desarrolla sus habilidades motorasmsfinas paraque puedallegar a apretarbotonesoacogerobjetos. Lacom binacin de ambas, la fisioterapia y la terapia ocupacional, permite mejorar las capacidades de losnios. X X V
26. 26. LOS ESTUDIANTES APRENDERN QUMICA EMPLEANDO EJEMPLOS DE LA VIDA COTIDIANA {NUEVO! Qumica verde A travs de Qumica verde se resaltan las aplicaciones prcticas de la Qumica que son beneficiosas para la salud humana y el medioambiente. Las nuevas tendencias de la Qumica verde que estn siguiendo qumicos, ingenieros, dentficos, profesionales de la salud e investigadores estn enfocadas hacia procedimientos y productos que sean benignos por su diseo y proporcionen sostenibilidad. Qumica y medioambiente Los textos de Qumica y medioambiente a lo largo de los captulos relacionan la Qumica con temas de la vida cotidiana, tanto en Ciencias como en Medicina, que son interesantes y motivadores para los alumnos y justifican el papel de la Qumica en el mundo real. Profundizan en temas tales como el calentamiento global, la presencia del gas radn en los hogares, la lluvia cida o el combustible biodisel. Estimadon de la antigedad de objetos La tcnica conocida como datacin radiolgica es empleada por los {jlogas, arquelogose historiadores para determinarla edad de obje tos antiguos. La edad de un material antiguo obtenido de plantas u mimates (como puede ser la madera, las fibras, los pigmentos natura- fes. el huesoo las prendasde algodny lana)se determina midiendola cantidaddecarbono-14, istopo natual del carbono. En 1960. Willaid Libbyrecibiel Premio Nobel de Qumica porel trabajoque desarroll sobre la datacin por radiocarbonodivante los aos40. El carbono-14 se produce en la parte superior de la atmsfera por bombardeo de JN con neutronesde alta energa provenientes de los rayos csmicos. n *N ----- *JC + H Neuronas Nlfgeno en Carbono-14 Protn debs rayos laatmsfera radiactivo csmicos 0 carbono-14 reacciona con el oxgeno para formar dixido de carbono radiactivo: '^CO*. El dixido de carbono es absorbido canti- mamente perlas plantas, producindose la incorporacinde carbono 14en las mismas. La asimilacinde carbono-14cesa cuando las plan tes mueren. 'C----- 'N + A medida que el carbono-14 se desintegra, la cantidad de carbo no-14radiactivoen las plantas disminuye gradualmente. Enel proce so conocido como datarin por radiocarbonn, los cientficos utili- an la vida media del carbono-14 (5730 aos) para calcular el tiempo transcurridodesde que la planta muri. Cuandoel material proceden te de la planta va envejeciendo, cada vez queda menos carbono-14 y s puede estimar la edad aproximada de la muestra. Por ejemplo, si ina viga de madera encontrada en unaantigua vivienda india contiene k mitad del carbono-14 encontrado en las plantas vivas y la vida mediadel carbono-14 esde 5730aos, se puede estimarque la vivien da fue construida aproximadamente hace 5730 aos. La datacin por ediocarbono fue empleada para establecer que los pergaminos del Mar Muerto tienen unos 2000 aos de antigedad 0 mtodo de datacin radiolgica empleado para estimar la anti- gjedad de las rocas se sirve del radioistopo uranio-238. que se des compone en varias etapas produciendo plomo-206. El istopo ura iio-238tieneuna largavida media.de alrededorde 4 X 10(4billones) aos. Mediante ladeterminacinde lascantidadesde uranio-238y plo mo-206. los gelogos pueden determinar la edad de diferentes rocas. Las rocas ms antiguas tienen un mayor contenido en plomo-206, ya qje una mayor proporcin de uranio-238 se habr desintegrado. La dad de las rocas lunaresque se recogieron en b misin del Apollose determin empleando uranio-238y se estim en 4 X 10*aos de anti gedad, prcticamente la misma edadcalculada para la tierra. r e /e , Pilas de combustible: energa limpia para el futuro Lasceldasdecombustible hanatradola atencin delosdentficos, ya que proporcionan una fuente alternativa de energa elctrica que es mseficiente,no emplea lasreservasde combustibles fsiles ygenera Corriente dctrica n H4- H+ H+- H* H+- Membrana deplstico -----Ojgas ;----- o2- e- o2- o2- -HzO-7- Ctodo/ nodo Catalizador Oddadn Reducdn 2H ---- *4H*(aq)+4e Ot(g)+ 4H+(q)+ 4
27. 27. El esmog y su influencia en la salud Bcistendos tipas de esmog. Uno de ellos, el esmog fotoqumica, nece- dta la luz solar para nldar las reacciones que forman contaminantes como son los xidos de nitrgeno y el ozono. El otro tipo de esmog, el industrial o londinense.se da en reas en las que se quemacarbn que contiene azufre. El esmog fotoqumico es el que ms abunda en las ciudades en las que la gente depende de los coches parael transporte. En un da tpico en Los ngeles, por ejemplo, las emisiones de xido de nitrgeno (NO) de los tubos de escape de los coches aumentan al aumentar el fico de las carreteras. El xido de nitrgeno se forma cuando el N2 y el 0 2reaccionan a temperaturas elevadas en los motores de los coches y camiones. N,A02 SO3(g)+ H fiO )----- - R^SO/aj) Acida sulfrico La presencia de cido sulfrico en ros y lagos supone un aumento de laacidez del agua, reduciendo la capacidad de supervivencia de anima les y plantas. Qumica y salud La amplia serie de notas sobre Qumica y salud en cada captulo aplica bs conceptos qumicos a temas relevantes de las Ciencias de la Salud y la Medicina. Estos temas abarcan, entre otros, la prdida y ganancia de peso, las grasas artificiales, los esteroides anabolizantes, el alcohol, las enfermedades genticas, los virus y el cncer. Investiga tu entorno En Investiga tu entorno se aportan instrucciones para llevar a cabo actividades y experimentos empleando materiales de uso cotidiano, animando as a los estudiantes a explorar de forma activa los temas seleccionados, ya sea de forma individual o en sesiones de aprendizaje en grupo. Cada actividad est precedida de unas preguntas que potencian el razonamiento crtico. w eg/j^ a tu en to rn o Oxidacin de frutas y verduras Lassuperficiesrecincortadasdelas frutas yverdurasse oscurecencuando * exponenal oxgenodel aire.Corta3 rodajasdeunafruta o verdurapue deser unamanzana una paaia unaguacae o unpltano.Dejauna delas rodajasendmade lamesa delacocinaOsintapar). Recubreotraconplstico dmentarloy djalatambinencimade lamesa dela cocina. Moja laterce ra enzumodelimn y djalasintaparencimade la mesa dela oodna. PREGUNTAS L Qu cambios hantenido lugarencada una de las muestras despus efe 1o 2 horas? Cmo ralentiza la decoloracin de las frutas y verduras el hecho de cubrirlas con plstico? Si el zumo de limn contiene vitaminaC (un antioxidante), cmo influye en la reaccin de oxidacin de la superficie de la fruta o verdura el hecho de introduciresta en zumo de limn? Otras tipas de antioxidantes son la vitamina E, el cido ctrico y el BHT. Buscaestos antioxidantesenlas etiquetas de cereales, patatas fritas y otros alimentos habituales. Par qu se aaden antioxidan tes a los productos de alimentacin que se van a almacenar en la despensa?
28. 28. ENFOQUE PENSADO PARA EL ESTUDIANTE EL OBJETIVO FINAL ES MANTENER EL INTERS DE LOS ESTUDIANTES E L O B JE T IV O ES ... usar el nmero de Avogadro para calcular el nmero de partculas en un determinado nmero de moles. 5.1 EL MOL Eh la pollera, compramos los huevos por docenas y en el supermercado, los refrescos se compran per packs. Los trminos docena y packse emplean para contar el nmero de uni dades Incluidas. Por ejemplo, al comprar una docena de huevos, sabemos que hay doce Objetivos de aprendizaje El apartado El objetivo es..., situado al comienzo de cada seccin, identifica daramente el concepto dave de la misma, proporcionando una gua para el camino a seguir en el estudio. Toda la informacin contenida en cada seccin est relacionada con su objetivo de aprendizaje. Los objetivos de aprendizaje de cada seccin se repiten nuevamente en el resumen del captulo para que los estudiantes puedan asegurarse de que dominan los conceptos clave. D E UN V IS T A Z O ! 5.1 El mol B objetivo es... usar el nmero de Avogadro para calcular el nmero de partculas en un determinado nmero de moles. Un mol de un elementocontiene 6.02 X 10a tomos; unmol deun com puestocontiene 6,02 X 10a molculas o unidades frmula. 5.2 Masa molar H objetivo es... determinar la masa molar de una sustancia, y usar la masa molar para interconvertir gramos y moles. La masa molar (g/mol) de cualquier sustancia es la masa en gramos numricamente igual a su masa atmica,o a la suma de masas atmicas, que hansido multiplicadas por sus subndices en una frmula Se trans forma en factor de convexin cuando se emplea para convertir una can tidadde gramasen moleso unnmerodadode molesen gramos. 5.3 Cam bios qumicos B objetivo es... identificar un cambio en una sustancia como cambio fsico o qumico. Tiene lugar un cambio qumico cuandolos tomos de 1sustancias ini ciales se reorganizan para formar sustancias nuevas. Cuando se forman nuevas sustancias, ha tenido lugar una reaccin qumica En un cambio fkicQ-Ia.sitslaiiriaf!S-lanxisiTLa_np.rri7inib3njsii-tamao,.su_foniia.iisi Una ecuacin qumica presenta las frmulas de las sustancias que reac cionan en el lado izquierdo de la flecha de reaccin y los productos que s forman en el lado derecho de la flecha de reaccin Una ecuacin se ^usta escribiendo los nmeros enteros ms pequeos (coeficientes) delante de las frmulas para Igualar los tomos de cada elemento en los reactivosy los productos. 5.5 Tipos de reacdones B objetivo es... identificar una reaccin como combinacin, descomposicin, o reemplazamiento. Muchas reaccionesqumics se puedenclasificarpor el tipode reaccin: combinacin descomposicin reemplazamlento sencillo o reemplaza miento doble 5.6 Reacciones de oxidadn-reduccin B objetivo es... definir los trminos oxidacin y reduccin. Cuandoenuna reaccinse transfierenelectrones, setrata deuna reaccin de oxidadn-reduedn Un reactivo pierde electrones, y el otro gana electrones. Enconjunto,el nmerodeelectronespodidos y ganadoses el mismo. 5.7 Reladones entre m oles en las ecuadones qumicas Estilo de redaccin Karen Timberlake es conocida por su estilo accesible en la redaccin de los textos, basado en un ritmo cuidadoso y en un desarrollo sencillo de las deas qumicas, apropiado para los conocimientos previos de los estudiantes del rea de Ciencias de la Salud. Define con precisin los trminos y presenta objetivos claros para cada seccin del texto. Sus analogas son claras y ayudan a bs estudiantes a visualizar y entender bs conceptos qumicos clave. M A P A C O N C E P T U A L REACCIONES Y CANTIDADES QUMICAS Cantidades Reacciones qjimicas qu micas de sustancias se escriben como se clasifican como Moles en ecuaciones como ____ I____ Factores molares en gramos es la Masa molar a partir de los coeficientes y que convierte Masa molar Moles en gramos Gramos en moles se emplean para calcular Ecuaciones qumicas Combinadn, descomposicin, y reemplazamiento y y aquellas con justadas Prdida o ganancia de electrones empleando nmeros denominados son tambin La cantidad de un producto o reactivo Coeficientes Reacciones de oxidacin- reduccin Mapas conceptuales Cada captulo se cierra con un Mapa conceptual que resume los conceptos dave de cada captub y muestra cmo se relacionan unos con otros. xxviii
29. 29. i J* Uh cambio fisico: ih cambio qumico: laebullicin del agua ia formacin de ptina en la plata Ag AfcS La plata y la ptina son sustancias diferentes E agua y el vapor estn ambos formados por molculas de H/3 FIGURA 5.2 Un cambio qumico origina nuevas sustancias; un cambio fsico, no. P Por qu la formacin de ptina es un cambio qumico? Imgenes que ayudan a los estudiantes a visualizar la Qumica Las ilustraciones no solo estn fantsticamente realizadas y seleccionadas, sino que resultan eficaces desde el punto de vista pedaggico. Imgenes de lo macro a lo micro Las fotografas y los dibujos lustran la estructura atmica de objetos identificares, colocando la Qumica en su contexto y relacionando el mundo atmico con el macroscpico. Las preguntas que aparecen en cada figura letan a los estudiantes a pensar de forma crtica sobre las fotografas y los dibujos. FIGURA 5.5 En una reaccin de descomposicin, se fragmenta un reactivo en dos o ms productos. P Qu diferencia hay entre losreactivos ylos productos para clasificar a la reaccin como de descomposicin? 2HjO(t) xido de mereurio(II) 0&) Oxigeno 2Hg Mercurio x x ix
30. 30. RESOLUCIN DE PROBLEMAS NUMEROSAS HERRAMIENTAS QUE ENSEAN A LOS ESTUDIANTES CMO RESOLVER PROBLEMAS Gua visual para la resolucin de problemas La autora es consciente de los retos de aprendizaje a los que se enfrentan bs alumnos de este curso, por b que bs gua paso a paso a travs del proceso de la resolucin de bs probbmas. Para cada tipo de problema, la autora utiliza un diagrama de flujo nico codificado por oobres en coordinacin con bs ejempbs resueltos en paraleb para guiar visualmente a bs alumnos a travs de cada una de las estrategias para la resolucin de problemas. Ejercicios resueltos y Ahora t! A lo largo del texto aparecen numerosos Ejercicios resueltos que demuestran las aplicaciones de cada nuevo concepto. Las resoluciones trabajadas se explican paso a paso, oonstituyendo un modelo de resolucin de probbmas, y muestran los clculos que son necesarios realizar. Este apartado se cierra con Ahora tul, un ejercicio que permite a los alumnos comprobar si han entendido la estrategia para la resolucin del problema planteado. Ejercicios y problemas integrados Los Ejercicios y problemas al final de cada seccin animan a los estudiantes a aplicar los oonceptos aprendidos y a resolver problemas relacionados con estos conceptos despus de cada seccin. Son problemas emparejados, uno de numeracin impar con uno de numeracin par, lo que sirve de gua a los estudiantes en la resolucin de problemas. Las respuestas a bs problemas de numeracin impar se encuentran al final de cada captulo. EJERC IC IO S Y PROBLEM AS Clculos de masas para reacciones 553 E3sodio reacciona conoxgeno para formar xidodesodio: 4Na& + Q,(g)------ 2Na,0(s) Cuntosgramos deNa,0 se forman cuando reaccionan 2,50moles de Na? kSi setienen 18,0 gde Na. cuntosgramosde O, se necesitan parala reaccin? c Cuntosgramos deO, senecesitan parauna reaccinen la que se forman75.0g de Na,O? 5.54 Elnitrgenogaseoso reacciona conhidrgeno gaseoso para formaramoniacosegnlasiguientereaccin: Nt# + 3 H ------2NH,(# a SI sedispone de 1,80molesde H,, cuntosgramos de NH, se pueden formar? k Cuntosgramos de H, se necesitan para reaccionarcon 2.80gde Nf? c Cuntosgramos de NH,sepueden formar a partirde 12.0gde 555 Elamoniacoy eloxigenoreaccionanparaformarntogenoy agua: 4NHJ&>+30,&>------2N,#>+6H,0#> Amoniaco Cuntos gramos deO,se necesitan paa reaccionarcon 8.00 moles de NH,? k Cuntosgramos de N, se pueden formar cuando reaccionan6.50gde O,? c Cuntosgramos deaguase formanenla reaccinde 34.0gde NHS? 538 0 xido dehierro(II0 reacciona concarbono paradar hiato y nunxido de carbono. fe + 3C(s)------ 2 Fe(s)+ 3CO(g) Cuntos gramos deC se necesitan perareaccionar con 2,50 moles de Fe,Os? kCuntos gramos deCOse producencuandoreaccionan 36.0 gde C? c Cuntosgramos deFe pueden formaree cuando reaccionan 6.00 gde Fet0 3? 557 0 dixidodenitrgenoy el agua reaccionanpara formar ddo nitrico. HNO,y xido denitrgeno. 3NOt(g)+ -----2HN0,a7;+ NO(g) Cuntos gramos de H/D se necesitan parareaccionarcon 28.0 gde NO,? k Cuntosgramos deNOse forman a patir de 15,8g de NO,? c Cuntasgramos deHNO se forman apartir de 8,25g de NO,? 5 S i Lacianamida cldca reacciona con agua para formar carbonato cldco y amoniaco: CaCN,# + 3H,0()------ CaCO,# + 2NH,(g) Cuntos gramos deaguase necesitan parareacdonar con 75.0 gdeCaCN^ k Cuntosgramos deNH, se formana partir de 5,24g de CaCN,? c Cuntosgramos deCaCO,se formansi reacdonan 155g de agua? Paso 2 Pbnteonam to moles de O, moles de NO ^ asa aramos de NO mol-mol molar Paso E quivakndasfadats de ccuva-sin. El factor mol-mol que transforma los moles de 0 2en molesde NO se deriva de los coeficientes en la ecuacin ajustada. 1 mol de 0 2= 2 moles de NO 1mol de NO = 30,0 gde NO 2 moles NO 1mol 0 2 Im olO , 2 moles NO 30,0 gNO 1mol NO 1mol NO y 30,0gNO Paso 4 Resolucin dd problema. En primer lugar, se puede transformar el data 1,50 moles de Or en moles de NO: 2 moles NO 1,50 molestx x ------ = 3,00 moles de NO 2 1moKJj Ahora, los moles de NO se pueden convertir en gramos de NO empleando la masa molar. 3,00 gNO 3,00 moles-NC) x lmol-NO 90,0 gde NO Estos dos pasos tambin pueden escribirse como una secuencia de factores de conversin que conducen a la masa en g-amos de NO. 2 molesNO 3,00 g NO 1.50moles0; X ------- - = 90,OgdeNO 2 1 mel'Oo 1moH'lO Gua para calcular las masas de reactivos y productos en una reaccin qumica Ltear la masa molar para transformar los gramos conocidos en moles feies necesario). Escribir un factor mol-mol a partir d los coeficientes en la ecuacin. Convertir los moles conocidos en los moles de la sustancia que se desea saber, empleando el factor mol-mol. Convertir los moles buscados de lasustancia en gramos empleando la masa molar. IAHORA TI A partir de la ecuacin del ejercicio resuelto 5.13, calcula losgramos de C02que se pueden formar cuando reaccionan 25,0 g de 0 r XXX
31. 31. Ejercicios y problemas al final del captulo Comprender los conceptos anima a los estudiantes a pensar sobre los conceptos aprendidos. Ejercicios y problemas adicionales integran todos los temas estudiados en el captulo para fomentar el avance en el estudio y el pensamiento crtico. Acepta el reto! es un apartado diseado para el trabajo en grupo con aprendizaje cooperativo. E J E R C I C I O S Y P R O B L E M A S A D I C I O N A L E S 5*7 Calcula la masa molar de cada uno de los siguientes compuestos: a FeSO,. sulfato ferroso,suplemento de hierro kCa(IOj)p yodato cldco. fuente de yodo en la sal de mesa c CjH.NO. Nagkitamato monosdico. potenclador del sabor ACJ*ltOrformlato de tsoamilo. empleado en la fabricacin de siropes de frutaartificiales S S Calcula la masa molar de cada uno de los siguientes compuestos *Mg(HCOj)r hidrgeno cabonato de magnesio k Au(OH)r hidrxido de oro(III). usado en los recubrimientos conoto c CH^O, cido oleteo del aceite de oliva &CnHjO^ prednlsona.antllnflamatorlo 589 Cuntos gramos hay en 0,150moles de
32. 32. EL SISTEMA TUTORIAL Y DE TAREAS ONLINE MS EFICAZ DEL MUNDO TM M a s t e r n g % CHEM ISTRY MasteringChemistry MasteringChemistry es el primer sistema de tareas online adaptable al aprendizaje. Proporciona problemas del final de captulo (seleccionados del texto), as como ms de den tutoriales con calificacin automtica y con retroalimentacin especfica para la respuesta dada, y preguntas ms sencillas a peticin. Basndose en una amplia investigacin sobre los conceptos que presentan dificultades para los alumnos, MasteringChemistry responde nicamente a las necesidades inmediatas del aprendizaje, optimizando de esta forma el tiempo de estudio. (Vase el encarte sobre MasteringChemistry en la portada del libro.) SUPLEMENTOS ADICIONALES Valiosos complementos para los estudiantes y los profesores CHEMISTRY PLACE Interactividad Chemistry Place para la dcima edicin de Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica (acceso a travs de www.masteringchemistry.com a travs del Study Area). El Study Area de Chemistry Place ofrece, en un mismo lugar, las mejores herramientas para la enseanza y el aprendizaje. Convenientemente organizadas por tipos, estas fuentes recopiladas ayudan a los estudiantes a reforzar y aplicar lo que han aprendido en clase. Las herramientas para los estudiantes incluyen: Estudios de casos que muestran cmo se aplican los conceptos qumicos a situaciones de la vida diaria Presentaciones completas en PowerPoint con dibujos, fotografas y tablas del texto que ensean los conceptos dave de cada seccin del libro Preguntas de repaso y pruebas de conocimientos Y mucho ms Aplicaciones 0 sitio web, al igual que el texto, est pensado para los estudiantes. El repaso exhaustivo de los estudios superiores relacionados con el rea de las Ciencias de la Salud y los estudios de casos proporcionan un relevante contexto para el aprendizaje. xxxii
33. 33. PROLOGO La qumica en nuestras vidas EN ESTA UNIDAD... P.1 La qumica y los productos qumicos P .2 El mtodo cientfico: pensar como un cientfico P .3 Un plan de estudio para aprender qumica ^ h e m ist ry ^ c place Visita www.chemplace.com y encontrars cuestiones adicionales, tutoriales interactivos, informacin profesional, diapositivas en PowerPoint para repasar el captulo, ayuda para resolver las operaciones matemticas y casos prcticos. La qumicajuega un papel esencial en todos los aspectos relacionados con las investigaciones mdicas legales de un fallecimiento,dice Charles L. Ced, antroplogoforense e investigador de medicina legal de la consulta mdica de San Francisco.El anlisis de las gotas de sangre encontradas en la escena de un crimen determina si son humanas o no; el anlisis de muestras toxicolgicas de sangreylo de otrosfluidos corporales ayuda a determinar la causay el momento de la muerte. Los especialistas en antropologaforense pueden analizar las cantidades de trazas de diferentes elementos en los huesos para identificar el nmero de individuos sepultados en un osario. Estas circunstancias seproducen a menudo durante las investigaciones de las violaciones masivas de los derechos humanos,como ocurri por ejemplo en un lugar llamado El Mozote,en El Salvador. Los antroplogosforenses ayudan a la polica a identificar restos de huesos humanos determinando el sexo,la edad aproximada,la estatura y la causa de la muerte. El anlisis de los huesos tambin proporciona informacin sobre enfermedades o traumas que haya podido sufrir una persona.