Contenido

Contenido
Prefacio xxxii
~ Acerca de los autores xli
1
Introducción: materia y medición 1
1.1 EL ESTUDIO DE LA QUÍMICA 2
1.2
1.3
1.4
Perspectiva atómica y molecular de la química 2
química 3
CLASIFICACIONES DE LA MATERIA 4
Estados de la materia 4 Sustancias puras 5
Compuestos 6 Mezclas 8
PROPIEDADES DE LA MATERIA 9
¿Por qué estudiar
Elementos 6
Cambios físicos y químicos 10 Separación de mezclas 11
UNIDADES DE MEDICIÓN 13
Unidades SI 13 Longitud y masa 14 Temperatura 15
derivadas del SI 16 Volumen 16 Densidad 17
1.5 INCERTIDUMBRE EN LAS MEDICIONES 20
1.6
Precisión y exactitud 20 Cifras significativas 21
en el desarrollo de cálculos 23
ANÁLISIS DIMENSIONAL 24
Uso de dos o más factores de conversión 26
intervienen volúmenes 27
Conversiones
Unidades
Cifras significativas
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 29 HABILIDADES CLAVE 30
ECUACIONES CLAVE 30 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 30
EJERCICIOS 31 EJERCICIOS ADICIONALES 33
La en acción La química y la industria química 4
Un pmwrama detall'ldo El método científico 13
La en acción La química en las noticias 18
Estrategias en química Estimación de respuestas 26
Estrategias en química La importancia de la práctica 28
en que
2
Átomos, moléculas y iones 36
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
LA TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA 38
EL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA 39
Rayos catódicos y electrones 39 Radiactividad 41
Elátomo nuclear 41
LA VISIÓN MODERNA DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA 43
Números atómicos, números de masa e isótopos 44
PESOS ATÓMICOS 46
La escala de masa atómica 46 Masas atómicas promedio 47
LA TABLA PERIÓDICA 48
MOLÉCULAS Y COMPUESTOS MOLECULARES 51
Las moléculas y las fórmulas químicas 52 Fórmulas moleculares
y empíricas 52 Representación de moléculas 53
IONES y COMPUESTOS IÓNICOS 54
Predicción de cargas iónicas 55 Compuestos iónicos 56
NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS 59
Nombres y fórmulas de compuestos iónicos 59 Nombres y fórmulas
de ácidos 64 Nombres y fórmulas de compuestos moleculares binarios 65

XVI
Contenido
2.9 ALGUNOS COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES 66
Alcanos 66 Algunos derivados de los alcanos 66
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 68 HABILIDADES CLAVE 69
VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 69 EJERCICIOS 70
EJERCICIOS ADICIONALES 75
..
3
Un panorama detallado Fuerzas básicas 45
Un panorama detallado El espectrómetro de masas 48
Un panorama detallado Glenn Seaborg y el seaborgio 51
La química y la vida Elementos necesarios para los organismos vivos 57
Estrategias en química Reconocimiento de patrones 58
Estequiometría: cálculos con fórmulas
y ecuaciones químicas 78
.
&. .
~.,
..
.
.
...
I
-1
3.1 ECUACIONES QUíMICAS 80
Balanceo de ecuaciones 80 Cómo indicar el estado de los reactivos
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
y los productos 83
ALGUNOS PATRONES SENCILLOS DE REACTIVIDAD
QUíMICA 84
Reacciones de combinación y descomposición 84 Combustión en aire 86
PESOS FORMULARES 87
Pesosformulares y moleculares 87 Composición porcentual de fórmulas 88
EL NÚMERO DE AVOGADRO y EL MOL 89
Masa molar 91 Interconversión de masas y moles 93 Interconversión
de masas y números de partículas 94
FÓRMULAS EMPíRICAS A PARTIR DEL ANÁLISIS 95
Fórmula molecular a partir de la fórmula empírica 96
combustión 97
Análisis por
INFORMACIÓN CUANTITATIVA A PARTIR DE ECUACIONES
BALANCEADAS 98
REACTIVOS LIMITANTES 102
Rendimientos teóricos 105
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 107 HABILIDADES CLAVE 108
ECUACIONES CLAVE 108 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 108
EJERCICIOS 109 EJERCICIOS ADICIONALES 115
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 116
4
Estrategias en química Resolución de problemas 89
La química y la vida Monitoreo de la glucosa 102
Estrategias en química Cómo hacer un examen 106
Reacciones acuosas yestequiometría
de disoluciones 118
4.1 PROPIEDADES GENERALES DE LAS DISOLUCIONES
ACUOSAS 120
4.2
Propiedadeselectrolíticas120 Compuestosiónicosen agua 120
Compuestosmolecularesen agua 122 Electrolitosfuertesy débiles 122
REACCIONES DE PRECIPITACIÓN 124
4.3
4.4
Reglas de solubilidad de compuestos iónicos 124 Reacciones de
intercambio (metátesis) 126 Ecuaciones iónicas 127
REACCIONES ÁCIDO-BASE 128
Ácidos 129 Bases 129 Ácidos y bases fuertes y débiles 130 Cómo
identificar electrolitos fuertes y débiles 131 Reacciones de neutralización
y sales 132 Reacciones ácido-base con formación de gases 134
REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN 135
Oxidación y reducción 136 Números de oxidación 137 Oxidación de
metales por medio de ácidos y sales 138 Laserie de actividad 140

Contenido
xvii
4.5 CONCENTRACIÓN DE DISOLUCIONES 142
4.6
Molaridad 144 Cómo expresar la concentración de un electrolito 145
Interconversión de molaridad, moles y volumen 145 Dilución 146
ESTEQUlOMETRÍA DE DISOLUCIONES Y ANÁLISIS
QUÍMICO 149
Titulaciones 150
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 154 HABILIDADES CLAVE 155
ECUACIONES CLAVE 155 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 156
EJERCICIOS 156 EJERCICIOS ADICIONALES 161
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 162
La química en tlcción Antiácidos 135
detallado El aura del oro 143
Estrategias en química Análisis de reacciones químicas 143
La química y la vida Beber demasiada agua puede matarlo 147
5
6
Termoquímica 164
5.1 LA NATURALEZA DE LA ENERGÍA 166
5.2
Energía cinética y energía potencial 166 Unidades de energía 167
Sistemas y entornos 168 Transferencia de energía: trabajo y calor 168
LAPRIMERALEYDE LATERMODINÁMICA 170
Energía interna 170 Relación entre LlE, calor y trabajo 171
Procesos endotérmicos y exotérmicos 172 Funciones de estado 172
5.3 ENTALPÍA 174
5.4 ENTALPÍAS DE REACCIÓN 177
5.5 CALORIMETRÍA 179
Capacidad calorífica y calor específico 179 Calorimetría a presión
constante 182 Bomba calorimétrica (calorimetría a volumen constante) 183
5.6 LEY DE HESS 184
5.7 ENTALPÍAS DE FORMACIÓN 188
Cómo utilizar las entalpías de formación para calcular las entalpías
de reacción 190
5.8 ALIMENTOS Y COMBUSTIBLES 193
Alimentos 193 Combustibles 195 Otras fuentes de energía 197
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 199 HABILIDADES CLAVE 200
ECUACIONES CLAVE201 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 201
EJERCICIOS 202 EJERCICIOS ADICIONALES 207
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 209
UnpílnOrmna dettlllado Energía, entalpía y trabajo P-V 176
Estrategias en química Uso de la entalpía como una guía 180
La química y la vida Regulación de la temperatura del cuerpo humano 185
La Química en acción El automóvil híbrido 196
Estructura electrónica de los átomos 210
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
LA NATURALEZA ONDULATORIA DE LA LUZ 212
ENERGÍA CUANTIZADA Y FOTONES 215
Objetos calientes y cuantización de energía 215 Elefecto fotoeléctrico
y los fotones 216
ESPECTROS DE LÍNEAS Y EL MODELO DE BOHR 218
Espectros de líneas 218 Elmodelo de Bohr 219 Losestados de energía
del átomo de hidrógeno 220 Limitaciones del modelo de Bohr 222
EL COMPORTAMIENTO ONDULATORIO DE LA MATERIA 222
Elprincipio de incertidumbre 223
MECÁNICA CUÁNTICA Y ORBITALES ATÓMICOS 224
Orbitales y números cuánticos 226

xviii
Contenido
,.
...
7
8
6.6 REPRESENTACIONES DE ORBITALES 228
6.7
6.8
Orbitales s 228 Orbitales p 231 Orbitales d y f 232
ÁTOMOS POLIELECTRÓNICOS 232
Orbitales y sus energías 232
de Pauli 233
CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS 234
Espín electrónico y el principio de exclusión
Regla de Hund 235 Configuraciones electrónicas abreviadas 237
Metales de transición 238 Lantánidos y actínidos 239
6.9 CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS Y LA TABLA
PERIÓDICA 240
Configuraciones electrónicas anómalas 243
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 244 HABILIDADES CLAVE 245
ECUACIONES CLAVE246 VISUALIZACiÓN DE CONCEPTOS 246
EJERCICIOS 247 EJERCICIOS ADICIONALES 251
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 253
panormna
Un ptlr/OranUl
probabilidad radial 230
La velocidad de la luz 214
Medición y el principio de incertidumbre 225
Densidad de probabilidad y funciones de
Evidencia experimental del espín electrónico 234
La química y la lJida Espín nuclear e imágenes por resonancia magnética 236
Propiedades periódicas
de los elementos 254
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
DESARROLLO DE LA TABLA PERIÓDICA 256
CARGA NUCLEAR EFECTIVA 257
TAMAÑOS DE LOS ÁTOMOS Y DE LOS IONES 259
Tendencias periódicas de los radios atómicos 262 Tendencias periódicas
de los radios iónicos 263
ENERGÍA DE IONIZACIÓN 264
Variaciones en las energías de ionización sucesivas 266
Tendencias periódicas en las primeras energías de ionización 267
Configuraciones electrónicas de iones 268
AFINIDADES ELECTRÓNICAS 270
METALES, NO METALES Y METALOIDES 271
Metales 272 No metales 274 Metaloides 276
TENDENCIAS DE GRUPO DE LOS METALES ACTIVOS 276
Grupo 1A: los metales aicalinos 276
aicalinotérreos 279
Grupo
2A: los metales
TENDENCIAS DE GRUPO DE NO METALES SELECTOS 281
Hidrógeno 281 Grupo 6A: el grupo del oxígeno 282
Grupo 7A: los halógenos 283 Grupo 8A: los gases nobles 284
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 286 HABILIDADES CLAVE 287
ECUACIONES CLAVE287 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 288
EJERCICIOS 289 EJERCICIOS ADICIONALES 292
EJERCICIOS DE INTEGRACiÓN 294
dettdltldo Carga nuclear efectiva 260
La quimictl y la vida El tamaño iónico marca la diferencia 265
La química y la vitla El increíble desarrollo de los fármacos con litio 280
Conceptos básicos de los enlaces
químicos 296
8.1 ENLACES QUÍMICOS, SÍMBOLOS DE LEWIS
y LA REGLA DEL OCTETO 298
Símbolosde Lewis298 Laregla del octeto 299

Contenido
XIX
9
8.2 ENLACE IÓNICO 299
8.3
Aspectos energéticos de la formación de enlaces iónicos 301
Configuraciones electrónicas de iones de los elementos de los
bloques s y P 302 lones de metales de transición 303
ENLACE COVALENTE 305
Estructuras de lewis 305 Enlaces múltiples 307
8.4 POLARIDAD DE ENLACE Y ELECTRONEGATIVIDAD 307
Electronegatividad 308 Electronegatividad y polaridad de enlace 308
Momentos dipolares 310 Cómo distinguir los enlaces iónicos de los
covalentes 312
8.5 REPRESENTACIÓNDE LAS ESTRUCTURAS DE LEWIS 314
Carga formal 316
8.6 ESTRUCTURAS DE RESONANCIA 319
Resonancia en el benceno 321
8.7 EXCEPCIONES A LA REGLADEL OCTETO 322
Número imparde electrones 322 Menosde un octeto de electrones
de valencia 322 Másde un octeto de electronesde valencia 323
8.8 FUERZA DE LOS ENLACES COVALENTES 325
Entalpías de enlace y entalpías de reacción 326
Entalpía de enlace y longitud de enlace 329
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 331 HABILIDADES CLAVE 332
ECUACIONESCLAVE332 VISUALIZACIÓNDE CONCEPTOS332
EJERCICIOS 333 EJERCICIOSADICIONALES336
EJERCICIOSDEINTEGRACIÓN338
de
304
Cálculo de energías de red: ciclo
Un
Números de oxidación, cargas formales y cargas
parciales reales 318
La Química en acción Los explosivos y Alfred Nobel 328
Geometría molecular y teorías
de enlace 340
'"
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
9.8
FORMAS MOLECULARES 342
EL MODELO RPECV 344
Elefecto de los electrones no enlazantes y de los enlaces múltiples sobre
los ángulos de enlace 348 Moléculas con capas de valencia expandidas 349
Formas de moléculas más grandes 352
FORMA MOLECULAR y POLARIDAD MOLECULAR 353
ENLACES COVALENTES y TRASLAPE DE ORBITALES 355
ORBITALES HÍBRIDOS 357
Orbitales híbridos sp 357 Orbitales híbridos sp2 y Sp3 358
Hibridaciones que involucran orbitales d 360 Resumen de orbitales
híbridos 360
ENLACES MÚLTIPLES 362
Estructuras de resonancia, deslocalización y enlaces 7T 365
Conclusiones generales 368
ORBITALES MOLECULARES 368
la molécula de hidrógeno 368 Orden de enlace 370
MOLÉCULAS DIATÓMICAS DEL SEGUNDO PERIODO 371
Orbitales moleculares para Li2y Be2 371 Orbitales moleculares de orbitales
atómicos 2p 372 Configuraciones electrónicas del B2al Ne2 375
Configuraciones electrónicas y propiedades moleculares 376
Moléculas diatómicas heteronucleares 379

xx
Contenido
.~
'"
1 O Gases
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 381 HABILIDADES CLAVE 383
ECUACIONES CLAVE383 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 383
EJERCICIOS 384 EJERCICIOS ADICIONALES 388
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 390
La química y la vida La química de la vista 367
Un panorama detallado Fases de orbitales atómicos y moleculares 373
La química en acción Orbitales y energía 380
392
10.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES 394
10.2 PRESIÓN 395
La presión atmosférica y el barómetro 395
10.3 LAS LEYES DE LOS GASES 398
Relación presión-volumen: ley de Boyle 399 Relación temperatura-volumen:
ley de Charles 400 Relación cantidad-volumen: ley de Avogadro 400
10.4 LA ECUACIÓN DEL GAS IDEAL 402
Relación entre la ecuación del gas ideal y las leyes de los gases 404
10.5 OTRAS APLICACIONES DE LA ECUACIÓN
DEL GAS IDEAL 406
Densidades de los gases y masa molar 406 Volúmenes de gases
en reacciones químicas 408
10.6 MEZCLAS DE GASES Y PRESIONES PARCIALES 410
Presiones parciales y fracciones molares 411 Recolección de gases sobre
10.7
agua 412
TEORíA CINÉTICA-MOLECULAR 414
Distribuciones de las velocidades moleculares 414 Aplicación de las leyes
de los gases 415
10.8 EFUSIÓN Y DIFUSIÓN MOLECULAR 417
Leyde efusión de Graham 418 Difusión y trayectoria libre media 419
10.9 GASES REALES: DESVIACIONES DEL COMPORTAMIENTO
IDEAL 420
La ecuación de van der Waals 422
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 425 HABILIDADES CLAVE 426
ECUACIONES CLAVE426 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 426
EJERCICIOS 427 EJERCICIOS ADICIONALES 432
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 434
La química y la vú/a Presión arterial 398
Estrategias en química Cálculos que involucran muchas variables 404
La qulmica en acción Tuberías de gas 409
Un panOl'amll dettdlado La ecuación del gas ideal 416
La química en acción Separaciones de gases 420
11 Fuerzas intermoleculares, líquidos
y sólidos 436
11.1 COMPARACIÓN MOLECULAR DE LOS GASES, LÍQUIDOS
Y SÓLIDOS 438
11.2 FUERZAS INTERMOLECULARES 439
Fuerzasion-dipolo 440 Fuerzasdipolo-dipolo 440 Fuerzas de dispersión
de London 441 Enlace por puente de hidrógeno 443 Comparación de
las fuerzas intermoleculares 446
11.3 ALGUNAS PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS 447
Viscosidad447 Tensiónsuperficial448

Contenido
xxi
11.4 CAMBIOS DE FASE 449
Cambios de energía que acompañan a los cambios de fase 449
Curvas de calentamiento 450 Temperatura y presión críticas 452
11.5 PRESIÓN DE VAPOR 453
Explicación de la presión de vapor en el nivel molecular 454
Volatilidad, presión de vapor y temperatura 454 Presión de vapor
y punto de ebullición 455
11.6 DIAGRAMAS DE FASES 456
11.7
11.8
Díagramas de fases del H20 y el CO2 457
ESTRUCTURAS DE LOS SÓLIDOS 458
Celdas unitarias 460 La estructura cristalina del cloruro de sodio 461
Empaquetamiento compacto de esferas 463
ENLACES EN LOS SÓLIDOS 464
Sólidos moleculares 464 Sólidos de redes covalentes 466
Sólidos iónicos 467 Sólidos metálicos 467
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 469 HABILIDADES CLAVE 470
VISUALIZACiÓN DE CONCEPTOS 471 EJERCICIOS 472
EJERCICIOS ADICIONALES 477 EJERCICIOS DE INTEGRACiÓN 478
La en acción Extracción mediante fluidos supercríticos 453
Un p¡;lnormna detallado La ecuación de Clausius-Clapeyron 456
UnptUlOrmna dettllltldo Difracción de rayos Xpor medio de cristales 465
detallado La tercera forma del carbono 468
'"
12 Materiales modernos 480
12.1 CLASES DE MATERIALES 482
12.2 ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS MATERIALES 482
12.3 SEMI CONDUCTORES 484
Dopado de semiconductores 488 Elchip de silicio 489 Conversión de
energía solar 489 Diodos semiconductores de emisión de luz 492
12.4 MATERIALES CERÁMICOS 493
Aplicaciones de los materiales cerámicas 494 Fabricación de materiales
cerámicos 494
12.5 SUPERCONDUCTORES 495
Superconductores cerámicos 497
12.6 POLÍMEROS y PLÁSTICOS 499
Síntesis de polímeros 499 Estructuras y propiedades físicas
de los polímeros 502
12.7 BIOMATERIALES 505
Característicasde losbíomateriales507 Biomaterialespoliméricos507
Reparacióndel corazón 508 Injertosvasculares509 Tejidoartificial509
12.8 CRISTALES LÍQUIDOS 510
Tipos de fases líquido-cristalinas 511
12.9 NANOMATERIALES 513
Semiconductores en la nanoescala 51 3 Metales en la nanoescala 515
Nanotubos de carbono 515
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 517 HABILIDADES CLAVE 519
VISUALIZACiÓN DE CONCEPTOS 519 EJERCICIOS 520
EJERCICIOS ADICIONALES 524 EJERCICIOS DE INTEGRACiÓN 525
dettillado Los transistores 490
La
en acción Alcance de las torres para telefonía celular 498
La
en acción Reciclaje de plásticos 501
La
en acción Hacia el automóvil de plástico 506
La
en acción Pantallas de cristal líquido 513

xxii
Contenido
13 Propiedadesde las disoluciones
13.1 EL PROCESO DE DISOLUCIÓN 528
13.2
13.3
13.4
13.5
Elefecto de las fuerzas intermoleculares 528 Cambios de energía y
formación de disoluciones 529 Formación de disoluciones, espontaneidad
yentropía 531 Formación de disoluciones y reacciones químicas 533
DISOLUCIONES SATURADAS Y SOLUBILIDAD 534
FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD 535
526
Interacciones soluto-disolvente 536 Efectos de la presión 539
Efectos de la temperatura 541
FORMAS DE EXPRESARLA CONCENTRACIÓN 542
Porcentaje en masa, ppm y ppb 542 Fracción molar, molaridad y
molalidad 543 Conversión de unidades de concentración 544
PROPIEDADES COLIGATIVAS 546
Disminución de la presión de vapor 546 Elevación del punto de
ebullición 549 Disminución del punto de congelación 550
Ósmosis 551 Determinación de la masa molar 555
13.6 COLOIDES 556
Coloides hidrofílicos e hidrofóbicos 557
coloidales 560
Eliminación de las partículas
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 561 HABILIDADES CLAVE 562
ECUACIONESCLAVE563 VISUALIZACIÓNDE CONCEPTOS 563
EJERCICIOS 565 EJERCICIOSADICIONALES 569
EJERCICIOSDE INTEGRACIÓN 570
, tletttllado Hidratos 533
la vitÍa Vitaminas solubles en grasas y en agua 538
la vitÍa Gases de la sangre y buceo en aguas profundas 540
Disoluciones ideales con dos o más componentes
..
.- ...
-.
. .'"
del
La
554
14 Cinética química
14.1
14.2
14.3
14.4
14.5
14.6
Propiedades coligativas de las disoluciones
la vida Anemia drepanocítica 559
572
FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS VELOCIDADES
DE REACCIÓN 574
VELOCIDADES DE REACCIÓN 575
Cambio de la velocidad con el tiempo 577 Velocidad instantánea 577
Velocidades de reacción y estequiometría 578
LA LEY DE LA VELOCIDAD: EFECTO DE LA
CONCENTRACIÓN SOBRE LA VELOCIDAD 580
Órdenes de reacción: los exponentes en la ley de velocidad 581 Unidades
de las constantes de velocidad 583 Uso de las velocidades iniciales
para determinar las leyes de velocidad 584
CAMBIO DE LA CONCENTRACIÓN CON EL TIEMPO 585
Reacciones de primer orden 586 Reacciones de segundo orden 588
Vida media 589
TEMPERATURA Y VELOCIDAD 591
Modelo de colisiones 592 Elfactor orientación 592 Energía de
activación 592 La ecuación de Arrhenius 594 Cómo determinar
la energía de activación 595
MECANISMOS DE REACCIÓN 597
Reacciones elementales 597 Mecanismos multietapas 598 Leyes
de velocidad para reacciones elementales 599 Etapa determinante de
la velocidad de un mecanismo multietapas 600 Mecanismos con una
etapa inicial lenta 601 Mecanismos con una etapa inicial rápida 602

Contenido
xxiii
14.7 CATÁLISIS 605
Catálisis homogénea 605
Enzimas 608
Catálisis heterogénea 606
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 613 HABILIDADES CLAVE 614
ECUACIONES CLAVE614 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 615
EJERCICIOS 616 EJERCICIOS ADICIONALES 622
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 624
de reacción 580
Uso de métodos espectroscópicos para medir
La en acción Bromuro de metilo en la atmósfera 590
La en acción Convertidores catalíticos 608
La química y !tI vida Fijación del nitrógeno y nitrogenasa 610
15 Equilibrio químico
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
15.6
15.7
626
EL CONCEPTO DE EQUILIBRIO 628
LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO 630
Cómo evaluar Ke 632 Constantes de equilibrio en términos de la
presión, Kp 633 Constantes de equilibrio y unidades 635
INTERPRETAR Y TRABAJAR CON LAS CONSTANTES
DE EQUILIBRIO 635
Magnitud de las constantes de equilibrio 635
química y K 636
de equilibrio 637
Sentido de la ecuación
Relación de las ecuaciones químicas y las constantes
EQUILIBRIOS HETEROGÉNEOS 639
CÁLCULO DE LAS CONSTANTES DE EQUILIBRIO 641
APLICACIONES DE LAS CONSTANTESDE EQUILIBRIO 644
Predicción del sentido de la reacción 644 Cálculo de las concentraciones
de equilibrio 645
PRINCIPIO DE LE CHÁTELIER 648
Cambio en las concentraciones de reactivos o productos 649 Efectos
de los cambios de volumen y presión 649 Efecto de los cambios de
temperatura 651 Efecto de los catalizadores 654
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 657 HABILIDADES CLAVE 657
ECUACIONES CLAVE658 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 658
EJERCICIOS 660 EJERCICIOS ADICIONALES 662
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 664
La en acción El proceso Haber 631
La tlubnica en acción Control de las emisiones de óxido nítrico 656
., -..
-

xxiv
Contenido
.
".
tt.

Contenido
xxv
IS.3 OZONO EN LA ATMÓSFERA SUPERIOR 772
Adelgazamientode la capade ozono 774
IS.4 QUÍMICA DE LA TROPOSFERA 775
IS.5
Compuestos del azufrey lluvia ácida 776
Monóxido de carbono 778
Óxidos de nitrógeno y esmog fotoquímico 779
Vaporde agua,dióxidode carbono y clima 780
EL OCÉANO MUNDIAL 783
Agua de mar 783 Desalinización 784
IS.6 AGUA DULCE 785
IS.7
Oxígeno disuelto y calidad del agua 786
Tratamientode suministros de agua municipales 786
QUÍMICA VERDE 788
Disolventes y reactivos 789 Otros procesos 790
Los retos de la purificación del agua 790
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 792 HABILIDADES CLAVE 793
VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 794 EJERCICIOS 794
EJERCICIOS ADICIONALES 797 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 798
Un pmu;nynna detallado Otros gases invernadero 782
UnpiUlOrama detallado Ablandamiento del agua 788
,.
19 Termodinámica química
19.1 PROCESOS ESPONTÁNEOS 802
Un criterio de espontaneidad 804
e irreversibles 804
800
Procesos reversibles
19.2 ENTRO PÍA y LA SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINÁMICA806
19.3
Cambio de entropía 806 6.Sen loscambiosde fase 807
Lasegundaley de la termodinámica 808
INTERPRETACIÓN MOLECULAR DE LA ENTRO PÍA 809
~
-i
Movimientos moleculares y energía 809
Ecuación de Boltzmann y microestados 810
Cómo hacer predicciones cualitativas sobre el b.S 813
La tercera ley de la termodinámica 816
19.4
CAMBIOS DE ENTRO PÍA EN LAS REACCIONES
QUÍMICAS 817
Cambios de entro pía en el entorno 818
19.5 ENERGÍA LIBRE DE GIBBS 819
Energíalibre estándar de formación 822
19.6
19.7
ENERGÍA LIBRE Y TEMPERATURA 824
ENERGÍA LIBRE Y LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO 826
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 832 HABILIDADES CLAVE 832
ECUACIONES CLAVE 833 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 833
EJERCICIOS 834 EJERCICIOS ADICIONALES 839
EJERCICIOSDE INTEGRACIÓN840
Un pmwrama detalltldo El cambio de entropía cuando un gas se expande
isotérmicamente 808
Un ptwortwza deÜlllado Entropía y probabilidad 812
La quirnica y la vida La entropía y la vida 815
dettlllado ¿Qué tiene de "libre"la energía libre 822
La química y la vidtl Cómo impulsar las reacciones no espontáneas 830

xxvi
. ~
~ e
..
..
. .
Contenido
2O Electroquímica
21
20.1
20.2
20.3
20.4
20.5
20.6
20.7
20.8
20.9
842
ESTADOS DE OXIDACIÓN Y REACCIONES
DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN 844
BALANCEO DE ECUACIONES DE OXIDACIÓN-
REDUCCIÓN 846
Medias-reacciones 846 Balanceo de ecuaciones por el método de
las medias-reacciones 846 Balanceo de ecuaciones para las reacciones
que se llevan a cabo en una disolución básica 849
CELDAS VOLTAICAS 851
Punto de vista molecular de los procesos de electrodos 854
FEM DE CELDA BAJO CONDICIONES ESTÁNDAR 855
Potenciales de reducción estándar (media-celda) 856 Fuerzas de los agentes
oxidantes y reductores 860
ENERGíA LIBRE Y REACCIONES
DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN 862
FEMY LlG 863
FEM DE CELDA BAJO CONDICIONES NO ESTÁNDAR 865
La ecuación de Nernst 865 Celdas de concentración 867
BATERíAS Y CELDAS DE COMBUSTIBLE 870
Baterías de plomo y ácido 871 Batería alcalina 872 Baterías de
níquel-cadmio, níquel e hidruro metálico y ion litio 872
Celdas de combustible de hidrógeno 873
CORROSIÓN 874
Corrosión del hierro 874 Prevención de la corrosión del hierro 875
ELECTRÓLISIS 876
Aspectos cuantitativos de la electrólisis 878 Trabajo eléctrico 879
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 881 HABILIDADES CLAVE 882
ECUACIONES CLAVE883 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 883
EJERCICIOS 884 EJERCICIOS ADICIONALES 889
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 890
La química y la vida Latidos carmacos y electrocardiografía 868
La química ell accióll Celdas de combustible de metanol directo 874
Química nuclear 892
21.1 RADIACTIVIDAD 894
21.2
21.3
Ecuacionesnucleares 895 Tiposde desintegraciónradiactiva896
PATRONES DE ESTABILIDAD NUCLEAR 898
Relación de neutrones a protones 898 Series radiactivas 900
Observaciones adicionales 901
TRANSMUTACIONES NUCLEARES 901
Aceleración de partículas cargadas 902 Uso de neutrones 903
Elementos transuránicos 903
21.4 VELOCIDADES DE DESINTEGRACIÓN RADIACTIVA 903
Fechado radiométrico 905 Cálculos basados en la vida media 905
21.5
21.6
21.7
21.8
21.9
DETECCIÓN DE RADIACTIVIDAD 908
Radiotrazadores 910
CAMBIOS DE ENERGíA EN LAS REACCIONES NUCLEARES 911
Energías de enlace nuclear 912
ENERGÍA NUCLEAR: FISIÓN 913
Reactores nucleares 915
ENERGÍA NUCLEAR: FUSIÓN 918
RADIACIÓN EN EL AMBIENTE Y EN LOS SISTEMAS VIVOS 919
Dosis de radiación 920 Radón 921

Contenido
xxvii
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 923 HABILIDADES CLAVE 924
ECUACIONES CLAVE924 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 925
EJERCICIOS 925 EJERCICIOS ADICIONALES 928
EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 929
La química y la vida médicas de los radiotrazadores 910
Un El amanecer de la era nuclear 915
La en acción Aplicaciones ambientales de los radioisótopos 921
La química y fallida Radioterapia 922
22 Química de los no metales 930
22.1 CONCEPTOS GENERALES: TENDENCIAS PERIÓDICAS
22.2
22.3
22.4
Y REACCIONES QUíMICAS 932
Reacciones químicas 933
EL HIDRÓGENO 935
Isótoposdel hidrógeno 935 Propiedadesdel hidrógeno 936
Preparaciónde hidrógeno 936 Usosdel hidrógeno 937
Compuestosbinariosdel hidrógeno 937
GRUPO 8A: LOS GASES NOBLES 938
Compuestos de los gases nobles 939
GRUPO 7 A: LOS HALÓGENOS 940
Propiedades y preparación de los halógenos 940 Usos de los halógenos 941
Los halogenuros de hidrógeno 942 Compuestos interhalógenos 943
225
Oxiácidos y oxianiones 943
EL OXíGENO 944
Propiedades del oxígeno 944 Preparación del oxígeno 944 Usos del
22.6
oxígeno 945 Ozono 945 Óxidos 946 Peróxidos y superóxidos 948
LOS DEMÁS ELEMENTOS DEL GRUPO 6A: S, Se, Te Y Po 948
Características generales de los elementos del grupo 6A 949
Presencia en la
naturaleza y preparación de S, Se y Te 949 Propiedades y usos del azufre,
22.7
selenio y telurio 949 Sulfuros 950 Óxidos, oxiácidos y oxianiones de
azufre 950
EL NITRÓGENO 952
Propiedades del nitrógeno 952 Preparación y usos del nitrógeno 952
Compuestos hidrogenados del nitrógeno 953 Óxidos y oxiácidos
22.8
22.9
22.10
de nitrógeno 954
LOS DEMÁS ELEMENTOS DEL GRUPO 5A: P, As, Sb y Bi 956
Características generales de los elementos del grupo 5A 956 Presencia en
la naturaleza, obtención y propiedades del fósforo 957 Halogenuros
de fósforo 957 Compuestos oxigenados del fósforo 958
EL CARBONO 960
Formas elementales del carbono 961 Óxidos de carbono 962
Ácido carbónico y carbonatos 963 Carburos 964 Otros compuestos
inorgánicos del carbono 965
LOS DEMÁS ELEMENTOS DEL GRUPO 4A: Si, Ge, Sn y Pb 965
Características generales de los elementos del grupo 4A 965
22.11
Presencia del silicio en la naturaleza y su preparación 966 Silicatos 966
Vidrio 968 Silicones 969
EL BORO 969
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 971 HABILIDADES CLAVE 972
VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 973 EJERCICIOS 974
EJERCICIOS ADICIONALES 977 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 978
La economía del hidrógeno 937
La química y la vida ¿Cuántopercloratoes demasiado 944
La química y la vida Lanitroglicerinay lasenfermedadescardiacas 956
La química y la vida Arsénicoen el aguapotable 960
La auímica en acción Fibrasde carbonoy materialescompuestos 962

xxviii
Contenido
23 Metales y metalurgia
980
23.1 PRESENCIA DE LOS METALES Y SU DISTRIBUCIÓN
23.2
EN LA NATURALEZA 982
Minerales 982 Metalurgia 983
PIROMETALURGIA 984
La pirometalurgia del hierro 985
23.3 HIDROMETALURGIA 987
Formación de acero 986
Hidrometalurgia del oro 987 Hidrometalurgia del aluminio 988
23.4 ELECTRO METALURGIA 988
23.5
Electrometalurgia del sodio 988
Electrorrefinación del cobre 990
ENLACE METÁLICO 991
Propiedades físicas de los metales 992 Modelo de mar de
electrones del enlace metálico 992 Modelo del orbital molecular
para los metales 994
23.6 ALEACIONES 995
23.7
23.8
Compuestos intermetálicos 997
METALES DE TRANSICIÓN 998
Electrometalurgia del aluminio 989
Propiedades físicas 999 Configuraciones electrónicas y estados
de oxidación 1000 Magnetismo 1001
QUÍMICA DE METALES DE TRANSICIÓN SELECTOS 1002
Cromo 1002 Hierro 1003 Cobre 1004
RESUMEN YTÉRMINOS CLAVE 1005 HABILIDADES CLAVE 1006
VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 1007 EJERCICIOS 1008
EJERCICIOS ADICIONALES 1010 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 1012
Un panorama tktallado Charles M. Hall 990
Un panorama detallado Aleaciones con memoria de forma 998
24 Química de los compuestos
de coordinación 1012
24.1 COMPLEJOS METÁLICOS 1014
24.2
Eldesarrollo de la química de coordinación: teoría de Werner 1014
Enlace metal-ligando 1016 Cargas, números de coordinación
y geometrías 1016
LIGANDOS CON MÁS DE UN ÁTOMO DONADOR 1019
Metales y quelatos en los sistemas vivos 1021
24.3 NOMENCLATURA DE LA QUÍMICA
DE COORDINACIÓN 1025
24.4 ISOMERÍA 1026
Isomería estructural 1027 Estereoisomería 1027
24.5 COLOR Y MAGNETISMO 1031
Color 1031 Magnetismo 1033
24.6 TEORÍA DEL CAMPO CRISTALINO 1033
Configuraciones electrónicas en complejos octaédricos 1037
Complejos tetraédricos y cuadrados planos 1038
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 1042 HABILIDADES CLAVE 1043
VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 1043 EJERCICIOS 1044
EJERCICIOS ADICIONALES 1046 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 1048
Un panorama tktallado La entrapía y el efecto quelato 1021
La química y la vida La batalla por el hierro en los sistemas vivos 1024
Un panorama d.etaUado Color por transferencia de carga 1040

Contenido
xxix
25 La química de la vida:
química orgánicay biológica
1050
25.1
25.2
25.3
ALGUNAS CARACTERÍSTICAS GENERALES
DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS 1052
Estructura de las moléculas orgánicas 1052 Estabilidad de las
sustancias orgánicas 1053 Solubilidad y propiedades ácido-base
de sustancias orgánicas 1054
INTRODUCCIÓN A LOS HIDROCARBUROS 1054
ALCANOS, ALQUENOS y ALQUINOS 1055
Estructura de los alcanos 1056 Isómeros estructurales 1057
Nomenclatura de los alcanos 1058 Cicloalcanos 1060 Reacciones de los
alcanos 1061 Alquenos 1062 Alquinos 1064 Reacciones de adición de
alquenos y alquinos 1065 Mecanismo de las reacciones de adición 1066
Hidrocarburosaromáticos 1068
25.4 GRUPOS ORGÁNICOS FUNCIONALES 1070
Alcoholes 1072 Éteres 1073 Aldehídos y cetonas 1073
Ácidos carboxílicos y éste res 1074 Aminas y amidas 1077
25.5 QUIRALIDAD EN QUÍMICA ORGÁNICA 1078
25.6 INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA 1080
25.7 PROTEÍNAS 1080
Aminoácidos 1080 Polipéptidos y proteínas 1082
Estructura de las proteínas 1084
25.8 CARBOHIDRATOS 1086
Disacáridos 1087 Polisacáridos 1088
25.9
25.10
LÍPIDOS
ÁCIDOS
1089
NUCLEICOS 1090
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 1095 CONCEPTOS CLAVE 1096
VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 1096 EJERCICIOS 1097
EJERCICIOS ADICIONALES 1102 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 1103
La en acción Gasolina 1061
Lit la vida Hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) 1070
La en acción Retrato de un producto químico orgánico 1076
La y la vida Los orígenes de la quiralidad en los sistemas vivos 1085
Estrategias en quimica ¿Yahora qué sigue 1094
Apéndices
A Operaciones matemáticas 1104
B Propiedades del agua 1111
e Cantidades termodinámicas de sustancias
seleccionadas a 298.15 K (25 °c) 1112
D
E
Constantes de equilibrio en disoluciones acuosas 1115
Potenciales estándar de reducción a 25 °C 1117
Respuestas a ejercicios seleccionados R-l
Respuestas a "Piénselo un poco" R-39
Glosario G-l
índice 1-1