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Usra de apliraciones .\'.\i Prefacio xxiii
Una nma para el esrudiante xxxi
Química: el estudio de l cambio 2
1.1 Quím ica: llnll cienc ia para el s iglo XXI 4
1.2 El estudio de la quírnic<l 7
1.3 El método científico 8
lJ LA QUÍMICA en acción El helio primordial y la teoría del B1g-Bang 1 O
1.4 C lasific;u:ión de la matcr i<t 1 1
1.5 l .os tre~ cst :~dos de la materia 13
1.6 Propiedades fís icas y química~ de la materia 14
1.7 Mediciones 15
;, LA QUÍMICA en acción
La importancia de las unidades 20
1.8 1-::1 manejo de los números 2 1
1.9 Análi~is dimen<;ional en la resolución de prob lema~ 27
R e\ltllll'll ,¡, tlaro~ y conceptos 31 l'r~lahm.l • /m t • 31 Pte/11111111' y problemas 31
MISTERIO de la qufmicu
La desaparición de los dinosaurios 38
Átornos, moléculas e iones 40 2.1 La teoría atómica 42
2.2 La estructura del átomo 43
2.3 úmcro aló mico. número de ma~a e i:.óto pos 49
2.4 La tab la periódica 50
LA QUÍMICA en acción
Distribución de los elementos en la Tierra
y en los sistemas vivos 52
2.5 Molécula~ e iones 53
2.6 f-órmula~ q uímil:as 54
ix
X Contenido
2.7 1 omenclawra de los compuestos 59
2.8 lmroJucción a los compuestos org•ínicos 68
Rewmeu dl' datm ,. conreptos 159 Pala/mil' rlm·e 70
Preguuta.\ Y pmhlema.1' 70
Relaciones de masa en las reacciones químicas 76 3.1 Y!a~a atómica 78
3.2 .\Júmero ele Avogadro y masa molar de un e lemento 79
3.3 Ma~a molecular !\3
3.4 El cspectrómetro de ma~as 86
3.5 Composición porcentual de los compuestos X6
3.6 Determinación expcrimcnral de fórmula empírica,
3.7 Reaccione~ química' ~ ecuacionc~ química' 92
3.8 CantidaJe) de reactivo y producto~ 97
3.9 Reactivos li mitantes 1 O 1
3.1 O Rendimiento Je reacción 103
41 LA QUÍMICA en acción Fertilizantes químicos 104
N e .\IIIIIt'fl de datns y rr111repto.~ /0 ()
Pala/un' d an• 107 J>rc~wltlll _,. pmhlcmm 107
Reacciones en disolución acuosa
4.1 4.2
Propicd¡¡de~ generales eJe lu' Ji solucione~ acuosa~
Reaccione'> de precipitac ión 122
~ LA QUÍMICA en acción Una reacción de precipitación indeseable 126
4.3 4.4
4.5 4.6 4.7 4.8
Reacciones ácido-base 127
Reaccione~ oxidación-reducción
LA QUÍMICA en acción
Alcoholimetro 143
Concentración de la~ di~ol ucioncs
Anál i,is gravimétrico 148
Valoracionc :ícido-ba)c 150
Valoraciones redox 153
) LA QUÍMICA en acción Metal proventente del mar 155
R l'.\' 111111!11 de daws y CIJIIC<'fJIO.\" 156 Palahrtll dan· 156 Prl'~rmta; y problt:llllB 157
131
142
90
118
l 20
MISTERIO ele la químim ¿Quién asesinó a Napoleón?
Gases 168
166
5.1 5.2
Sustancias que cx i, tcn c.;nmo ga;,cs
Presión de un gas 171
5.3 La~ leyes de lo<; ga<;es 175
5.4 E<.:uw:iún del ga~ iueal 1 ¡¡ 1
5.5 La e5tequiomctría de lo~ gases 190
Contenido
170
5.6 Ley de Dalton de las pre<; ioncs parciales 192
5. 7 La twría c.;í nél ica molecular de los gases 1 Y7
LA QUÍMICA en acción El buceo y las leyes de los gases 198
LA QUÍMICA en accilín Átomos enfriados 205
5.8 De. viaeión del comportamiento ideal 206
Rc\'IIIIU.'n de dlltO.\ .' nnwepto 209 Pa/ahra~ l'im··· 2()9 T'rc¡.:untw y ¡Jmhh·mrl\· 2()9
MISTERIO de la lfiiÍmicu Sin oxígeno 220
Termoquímica 222
6.1 Naturaleza y ti pm, de energía 224
6.2 Cambios de energía en las reaccione~ químicas 225
6.3 Introducción a la termod inámica 227
6.4 Enta lpía de la<; reacciones químicas 232
LA QUÍMICA l:'n acción Fabricar nieve e inflar un neumático de bicicleta 233
6.5 Calorimetría 2:19
LA QUÍMICA en acción Valores energéticos de los alimentos y otras sustancias 245
6.6 1-:ntalpía estándar de formación y de re::~cción 24ú
LA QUÍMICA en an·iún Cómo se defiende el escarabajo bombardero 251
6. 7 Calor de disol uc.;i!Ín y de dilución 252
Rl'mmen dt• tlato1 y etiiiCt'fllo,· 254 Palahms rlm•e 254 Pregullta.1· y prniJ/ema' 255
MISTERIO de la química El neumático explosivo 264
x i
xii Conte nido
Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos 266
7 .l De la física clás ica a la teoría cuántica 268
7.2 El efecto fotoe lt!ctrico 272
7.3 Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno 274
7.4 La naturaleza dual de l elect rón 279
~ LA QUÍMICA en acción ""\. Láser: la luz esplendorosa 280
...\, LA QUÍMICA en acción Microscopía electrónica 283
7.5 Mecánica cuántica 283
7.6 úmcros cuámicos 286
7.7 Orbitales atómicos 288
7.8 Configuración electrónica 292
7.9 El pri nc ipio de construcción 29X
R''"tmell de datm v , ·onU'fllm 302 Palabras clm·e 303 Pregwuas _1· problemas 303
MISTERIO de la química Descubrimiento del helio y el surgimiento y caída del coronio
Relaciones periódicas entre los elementos 314 8.1 Desarrollo de la tabla periódica 3 16
8.2 C la~ i ficaciún periódica de los e lementos 318
8.3 Variacionc~ pcriooica~ de Ju~ propicdadc fí icas 322
~ LA QUIMICA en acción ¿El tercer elemento líquido? 329
8.4 Energía de ioniwción 329
8.5 Afi nidad electrónica 333
8.6 Variación de las propiedades químicas
de los elementos repre~entativos 335
;, LA QUÍMICA en al'cirín El descubrimiento de los gases nobles 346
Resumen de datas y canNiJIIOs 347 Palabras c/a1·e 348 Pregumas y problemas J-18
312
t @ IJ .. .,.~ ~~-~(lt~ ;..;. ............
tJ; .g~-f-l
O $ iJ • S fl. "' ~ -t.j - - ''12"' f ~Yfi loJ'i:" ,jo,"' a
~·tt
Contenido xtu
Enlace químico I: Conceptos básicos 356 9.1 Símbolos de puntos de Lewis 358
9.2 El enlace iónico 359
9.3 Energía reticular de los compuestos iónicos 361
~ LA OUfMICA en arriñn
" Cloruro de sodio: un compuesto iónico común e importante 365
9.4 1::1 enlace covalcntc 366
9.5 Electronegatividacl 369
9.6 Escritura de las estmcturas de Lcwis 372
9.7 Carga formal y estructura de Lewis 375
9.8 El concepto de n.:~onancia 377
9.9 Excepciones a la regla del octeto 37Y
~ LA OUIMICA en acción Sólo diga NO 384
9.10 Entalpía de enlace 31\5
Re~ww:n di! clatm· y cvnceptw, JYU PalaiJra~ d<ll'<' 3YU Pn'gwllm y problema; 390
Enlace químico Il: Geometría molecular e hibridación de orbitales atómicos 398 10.1 Geometría molecular 400
10.2 Momento di polar 409
-., LA QUÍMICA en acción Los hornos de microondas: el momento dipolar en acción 412
10.3 Teoríacle l enlacevalcnc ia 4 15
10.4 11 ibridación de orbitale~ atcímico& 417
10.5 H ibritlm.:ión en moléc ula~ que contienen enlaces dobles
y triples 426
10.6 Teoría de l orbital molecular 429
10.7 Configmacioncs de orbitales moleculares 432
10.8 Orbitales molccul;¡rcs dcslocalizados 437
Ne.\111/lt'll de dato.\ \' nmn·pto.\ 439
LA QUÍMICA en CICción El buckybalón 440
Palabras dav~: 442
Pregunta.\· y probli!lfli/.1 442
X I \ ' Conte nido
Fuerzas i ntenno lec u lares y líquidos y sólidos 450 11 .1 ll.2
La teoría cinética moleculnr de líquidos y sól idos
Fuerza~ i nlcrmolecu lare~ 4:'\:l
11.3 Propicdadc~ de lo~ líquidos 4.'W
11.4 Estrncnu·n c ristal ina 462
LA QUÍMICA el! accirin
452
¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo?
11.5
11.6 Di fraccicín de rayos X por los cri~ l ulcs
Tipos de cr i ~ talc<; 47 1
LA QUÍMICA en ucciún Superconductores a altas temperaturas
11.7 Súlidm am01f o<; 476
LA QUÍMICA en ucciún Y todo por un botón 478
11.8 Carnhio~ de fase 479
11.9 Diagramas de fa~c 4XX
LA QUÍMICA en acción
469
476
Hervir un huevo en la cima de una montaña. las ollas de presión y el patinaje sobre hielo 490
LA QUfMICA <'11 acción Cristales líquidos 491
Rl' <tllllr!!l dr: dato' y r·onrepto' 493 Pala/,·a.\ rime 493 Preguntm \' pmblt:lllll' -194
Propiedades físicas de las disoluciones 502 12.1 Tipo~ de disolucionc~ 504
12.2 Enfoque molecular del proce:.o de d isolución 505
12.3 Unidades de concentración 507
12.4 Efec to de la te mperatura e n la soluh il idad 51 1
12.5 Efecto de la presión en la solubilidad uc los ga~c<> 5 1 :l
463
12.6 Propiedades eol igati,·a<; ele lns di>olucioncs de no cll:ctr(,J itos 5 15
LA QUÍMICA en acción El lago asesino 51 6
12.7 Propicdadc:-. co ligariva <; de la<; disolucionc~ de clectr61i to~ 52R
LA QUÍMICA e11 acción Desalinización 530
12.8 Coloide~ 5~0
Resui/WII dt' tltllm .1 umce¡>ltH <i.I.J l'alithm.\ rlm t' 534 l're¡:wuas ,. pmh!t•ouH 534
MISTERIO de la q11imirn El cuchillo equivocado 542
Contenido
Cinética quítnica 544 13.1 L a velocidud de una re<1cción 546
13.2 L ey de la velocid:~d SS~
13.3 Relación enrrc la m nccntraciún <..le reacti"o~ y el tiempo 557
~ LA QUÍMICA en acción Determinación de la edad del Sudario de Turín 568
13.4 Constante~ de velocidad y~~~ <..lepcn<..lcncia
<..le la energía de nctiv:~ción y de la tempcr:nura .'i6X
13.5 Mee:~ ni~mos de reacción 575
~ LA QUÍMICA en acción Femtoquimica 580
13.6 Catá l i~1s SXI
R t'\ lllllt' ll t!e t!uto,, ' conn·r•~~>< 588 Palui>ml' dm·t· 589 Pre¡;tm/11.\ 1 ¡n'II/J/1'11111.\ 589
Equilibrio químico 600
14.1 El coiK'epto l.le equi librio y l:1 constante de equi librio 602
14.2 Escritu ra de las expre~iones de la¡, cnn~ta ntes <..le equil ibrio 604
14.3 Relac ión ente ci nética química y equi librio químico 616
14.4 ¿Qué información proporciona la con<:tante de equil ibrio '.' 617
14.5 Factores que afcct:~n el equi librio químico 62:)
~ LA QUÍMICA en acción La vida a grandes alturas y la producción de hemoglobina 630
LA QUÍMICA e11 acción El proceso Haber 631
Rt' l'lllllt' ll "'' tfmns ' rnnu•pro' 632 Palabra' rim't' 6.12 f't·e~umns ,. pmh/emas 633
Ácidos y bases 644 15.1 Acido-; y ba~e<; de l:lrons¡ed 646
15.2 Propicdade.; ácido-hase <..!e l agua 647
15.3 El pH : una m..:uil.la de la acidet. 649
15.4 Fuerza <.k los ¡ícidos y las ba es 6.51
15.5 Ácido~ débib y la eon. tanre de ioni7ación de un ácido 656
15.6 Ba~e~ débiles y la con~tantc <..le ioniLaeión de una base 663
15.7 Relac ión entre l a~ constantes Ut' ion iLación de los ácidos
15.8 15.9
y ~us bases conj ugildas 665
Áci<..lo~ J iprúticos > polipróticos 666
Estructura molecular y fucr7a ele lo~ :leido~
15.10 Propiedades :ícido-ba'>e de la ' •mies 674
ó70
15.11 Prop iedades ítcido-basc <..le los Ú.\iUo~ y los hidróxido!> 679
XV
Contenido
15.12 Ácidos y base~ de Lewi~ 682
LA QUÍMICA en acctón Antiác1dos y el balance del pH en el estómago 684
Rt'l/llllell de doto.\ y cunaptus 686 Po/abra\ dttl'e 686
Prt!guma., .1 pmhletlllll 686
MISTERIO de la química La descomposición de los papeles 694
Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad 696
16.1 Comparación ent re loe; equilibrio<; homogéneo
y heterogéneo en di~oluc ión 698
16.2 Efecto Jel ion wmún 698
16.3 Di~oluciones amoniguadora-. 701
LA QUÍMICA en acctón Mantenimiento del pH de la sangre
16.4 Valoraciones ácido-base 708
16.5 lndicadorc~ ácido-baJ.c 716
16.6 Equilibrios de ~olubilidad 718
706
16.7 16.8 16.9
Separación de iones por prec ipitación fraccionada
El efecto del ion común y la solubilidad 727
El pH ) la olubilidad 72
725
J 6. 1 O Los equil ibrio> de ione~ complejos y la ~olubil idad 731
LA OUiMICA en arción ¿Cómo se forma un cascarón de huevo 737
16.11 Aplicación del principio del producto de ~olubi l idad al análisis cuali tati\o 737
Re.\IIIIIPII de da111.1 \' f'nnceptn< 739 Palabra< cfa¡·e 740
l'regwrta\ y problema.\ 740
MISTERIO de la químim Un duro bocadillo 748
Química en la atmósfera 750
17.1 La atmó::.fera tcrrc~tre 752
17.2 I.O'> fenómeno'> en las capas externas de la atmósfera 755
17.3 Disminución de l o7ono en la estrato<;fera 757
17.4 Lo::. vokancs 762
17 .S El efecto im crnadero 763
17.6 La lluvia ácida 76 7
17.7 El l:'imog fotoqufmicn 77 1
17.8 Contaminación doméstica 773
Contenido
Re.ntmen de datns y ronceptos 776 l'alaf¡ras clave 776 Pregwuas y problemas 776
Entropía, energía libre y equilibrio 782 18.1 Las tres leyes ele la termodinámica 784
18.2 Los procesos espontáneos 71!4
18.3 Entropía 785
18.4
~
18.5 18.6
La segunda ley de la termodinámica 790
LA QUÍMICA en acción La eficiencia de las máquinas térmicas 796
La energía l ibre de Gibhs 796
La energía l ibre y el equilibrio químico 803
LA QUÍMICA en acción La termodinámica de una liga 807
18.7 La termodinámica en los sistemas vivos 808
R P.\W/11!11 de da/0.\ y n mceptos 809 Pa labrus c/m•e 810
Prel:U/1/aS y pmb/emas 810
Electroquímica 818 19.1 Reacciones redox 820
19.2 Celdas e lectroquímica~ 823
19.3 Putcm:ialc~ estándar de rcdu¡;ción 825
19.4 Espontaneidad de las reacciones rcdux. 831
19.5 Efecto de la concentración sobre la tem de la celda 834
19.6 13arerías 839
LA QUÍMICA er1 acción Energía bacteriana 843
19.7 Corrosión 844
19.8 Elcctr@sis 848
LA QU[MJCA en acción Molestia producida por las amalgamas dentales 853
R e.\WIU' II de datos y r·rmc·cplo.\ 854
Palabra.\ cla\'1! 855 Preguntas y l'mblenws 855
MISTERIO de la química Agua sucia 864
xvii
xviii Contenido
Metalurgia y la quúnica de los metales 866
20.1 20.2 20.3
Abundancia de Jo¡¡ metale-. 86!!
Proce~o~ metalúrgit:os X6X
Teoría d..: la~ banda~ de <.:onuu~.:tiv idau 876
20.4 Tendencias perit'ldicas ele )a<; propicdadc~ mct<i l icas 878
20.5 Lo<; metales alcalinos !!79
20.6 Lo~ metale~ alcalmotérn.:o-. XlU
20.7 Aluminio 885
" LA QUÍMICA en accit'i11 Reciclado de aluminio 888
Resuml!ll tle dato' ,. t'OIIC<'I"" ' 888 l'alahm.1 clt11·e 889 /'regwuas y pmhlunas 889
Elementos no metálicos y sus compuestos 894
21.1 Propiedades generales de Jo-. no mctalc~ 896
21.2 Hidrógeno X96
LA QUÍMICA en accióu Hidrógeno metálico 901
21.3 Carbono 902
., LA QUÍMICA en acción Gas sintético a partir del carbón 905
21.4 i trógeno y fó,foro 906
~ LA QUÍMICA en acción Nitrato de amonio: el ferti lizante explos1vo 913
21.5 Chígeno) a7ufre 91 4
21.6 Lo~ halógeno~ 92 1
He.Htme/1 de daw< y cm 1tep10.\ 928 l'a/ahra., dm·e 929 l're8Wifll' y probll!ma.\ 929
Química de los metales de transición y compuestos de coordinación 934 22.1 22.2
22.3
Propiedades de lo~ metale'> de tran~ieión
La química del hierro y del cobre 9J9
Compuc<;tos de coordinat:iún 940
936
22.4 Estructura de lo~ compu...: ~tol> ck coord inación 946
22.5 El enlace en los compuestos oc coordinación: teoría del campo
<.:ristal i no 9~9
22.6 Reaccione~ de los compue<;to~ de coordinación Y55
22.7 Aplicadones de lo~ compue~to'> de coordmación 955
Contenido
LA QUÍMICA e11 acción Compuestos de coordinación en los sistemas vivos
LA QU[MICA en acción Cisplatino: el medicamento anticancerígeno 958
Rcstmtc/1 de doro' y rottrl'JII"·' 959 Pala/n·a, clm·e 960
Prl'fiwtfm y pmhlem(H 96()
MISTERIO de la QIIÍmira Datación de pinturas con el azul de Prusia 964
Química nuclear 966 23.1 La nalllr~tlcz~t de las rcac<.:ioncs nud eares 968
23.2 Eswbil idad nuclear 970
23.3 Radiactividad natll ral 975
23.4 Transmutación nuclear 97S
23.5 Fi ~ iún nudcar 981
LA QUÍMICA en acrió11 El reactor de fisión nuclear de la naturaleza
23.6 Fusión nudc:ar 987
23.7 J\plicacioncs de los isótopos 9HY
23.8 Efectos bio lógicos de la radiación <)<) 1
LA QUÍMICA t! tl acciú11 Irradiación de los alimentos 993
Ne,wmen ele timo~ .1 ,·ont·cpw., 994
Pala/m" dttl'<' 094 Preguntas y pmhlema.\ 994
MISTERIO de la química El arte de la falsificación en el siglo xx
Química orgánica 1002
1000
24.1 Cla~c~ de compuesto:, orgánicos 1004
24.2 Hidrocarburos ali fát icos 1004
LA QUÍMICA en acción Hielo que se quema 1016
24.3 Hidrocarburo~ aromático~ 1017
24.4 Química de los grupos funeionnlcs 1020
~ LA QUÍMICA en acción La industria del petróleo 1026
Resumen de daros y concep1os 1029 Palabras clm·e 102') 1-'refiumm y problemas 1()2')
~· MISTERIO de la lfUÍmica La desaparición de huellas digitales 1036
986
XIX
956
XX Contenido
Polímeros orgánicos sintéticos y naturales 1038 25.1 Propiedades de los polímeros 1040
25.2 Polímeros orgánico sintético<; 1040
25.3 Proteínas 1045
~ LA QUÍMICA en acción Anemia de células falciformes: una enfermedad molecular 1 052
25.4 Ácido~ nuclcico~ 1054
~ LA QUIMICA en acririn Huella digital del DNA 1057
Re.\111/lf!ll de da/O.\ 1 1 Oll<epto.l 1058 Pa/abrav chn ·e J()58 Pres:wua.1 v pmhlenw\ 1058
1-. MISTERIO de la químira Una historia que le erizará los cabellos 1062
Apéndice 1 Derivación de los nombres de los elementos A- 1
Apéndice 2 Unidades para la constante de Jos ga e A-7
Apéndice 3 Datos termodinámicos a 1 atm y 25°C A-8
Apéndice 4 Operaciones matemáticas A-13
Glosario C-1 Respuestas a problemas pares A P-1 Créditos C-1 Índice 1-1