Contenido - odin.ces.edu.coodin.ces.edu.co/Contenidos_Web/41025052.pdf · 4.2 Electrolitos en una...
9
Contenido Prefacio xix Suplementos xxiii 1 Química: Materia y medición 1 Acercamiento a la química: La experimentación 1 La química y los elementos 2 Los elementos y la tabla periódica 4 Algunas propiedades químicas de los elementos 7 Experimentación y medición 10 Medición de la masa 11 Medición de la longitud 12 Medición de la temperatura 12 Unidades derivadas: Medición del volumen 14 Unidades derivadas: Medición de la densidad 16 Exactitud, precisión y cifras significativas en la medición 17 Redondeo de números 19 Cálculos: Conversiones de una unidad en otra 21 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 Interludio Productos químicos, toxicidad y riesgo 25 Resumen · Términos clave · Problemas de conceptos clave · Problemas por secciones · Problemas del capítulo viii 2 Átomos, moléculas y iones 33 La conservación de la masa y la ley de las proporciones definidas 33 La teoría atómica de Dalton y la ley de las proporciones múltiples 35 La estructura de los átomos: Los electrones 37 La estructura de los átomos: Protones y neutrones 39 Número atómico 41 Masa atómica 43 Compuestos y mezclas 44 Moléculas, iones y enlaces químicos 46 Ácidos y bases 52 Nomenclatura de los compuestos químicos 53 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 Interludio ¿Son reales los átomos? 60 Resumen · Términos clave · Problemas de conceptos clave · Problemas por secciones · Problemas del capítulo 3 Fórmulas, ecuaciones y moles 69 3.1 Balanceo de ecuaciones químicas 69 3.2 Símbolos químicos en niveles diferentes 72 3.3 El número de Avogadro y el mol 73 3.4 Estequiometría: Aritmética química 77 3.5 Rendimiento de las reacciones químicas 79
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Contenido
Prefacio xix
Suplementos xxiii
1 Química: Materiay medición 1Acercamiento a la química: La experimentación 1La química y los elementos 2Los elementos y la tabla periódica 4Algunas propiedades químicas de los elementos 7Experimentación y medición 10Medición de la masa 11
Medición de la longitud 12Medición de la temperatura 12Unidades derivadas: Medición del volumen 14Unidades derivadas: Medición de la densidad 16
Exactitud, precisión y cifras significativasen la medición 17Redondeo de números 19Cálculos: Conversiones de una unidad en otra 21
1.11.21.31.41.51.61.71.81.91.101.11
1.121.13
Interludio Productos químicos, toxicidad y riesgo 25
Resumen ·Términos clave ·Problemas de conceptosclave · Problemas por secciones · Problemasdel capítulo
viii
2 Átomos, moléculas y iones 33La conservación de la masa y la ley de las proporcionesdefinidas 33
La teoría atómica de Dalton y la ley de las proporcionesmúltiples 35La estructura de los átomos: Los electrones 37
La estructura de los átomos: Protones y neutrones 39Número atómico 41Masa atómica 43
Compuestos y mezclas 44Moléculas, iones y enlaces químicos 46Ácidos y bases 52Nomenclatura de los compuestos químicos 53
2.1
2.2
2.32.42.52.62.72.82.92.10
Interludio ¿Son reales los átomos? 60Resumen ·Términos clave · Problemas
de conceptos clave · Problemas por secciones ·Problemas del capítulo
3 Fórmulas, ecuacionesy moles 69
3.1 Balanceo de ecuaciones químicas 693.2 Símbolos químicos en niveles diferentes 723.3 El número de Avogadro y el mol 733.4 Estequiometría: Aritmética química 773.5 Rendimiento de las reacciones químicas 79
3.6 Reacciones con reactivo limitante 813.7 Concentraciones de los reactivos en disolución:
Molaridad 843.8 Dilución de disoluciones concentradas 86
3.9 Estequiometría en disoluciones 873.10 TItulación 88
3.11 Composición porcentual y fórmulas empíricas 903.12 Determinación de las fórmulas empíricas: Análisis
elemental 93
3.13 Determinación de las masas moleculares: Espectrometríade masas 96
Interludio ¿Benjamín Franklin conocía el número de Avogadro? 98 6Resumen ·Términos clave · Problemas de conceptosclave · Problemas por secciones ·Problemasdel capítulo
4 Reacciones en disolución acuosa 1074.1 Algunas formas en que ocurren las reacciones químicas 1074.2 Electrolitos en una disolución acuosa 108
4.3 Las reacciones acuosas y las ecuaciones iónicas netas 1104.4 Reacciones de precipitación y reglas de solubilidad 1124.5 Ácidos, bases y reacciones de neutralización 1144.6 Reacciones de oxidación-reducción (redox) 1164.7 Identificación de reacciones redox 1204.8 La serie de actividad de los elementos 1224.9 Balanceo de reacciones redox: El método del número de
oxidación 1254.10 Balanceo de reacciones redox: El método de la media
reacción 1294.11 TItulaciones redox 133
4.12 Algunas aplicaciones de las reacciones redox 136
Interludio Química verde 138
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CONTENIDO ix
5 Periodicidad y estructuraatómica 147Desarrollo de la tabla periódica 148La luz y el espectro electromagnético 149La energía electromagnética y los espectros atómicosde lineas 152
Propiedades corpusculares de la energíaelectromagnética 154Propiedades ondulatorias de la materia 157La mecánica cuántica y el principio de incertidumbrede Heisenberg 158Funciones de onda y números cuánticos 160Las formas de los orbitales 162
La mecánica cuántica y los espectros atómicosde líneas 166
5.10 El espín del electrón y el principio de exclusiónde Pauli 168
5.11 Niveles de orbitales de energía en átomospolielectrónicos 168
5.12 Configuraciones electrónicas de átomospolielectrónicos 169Algunas configuraciones electrónicas anómalas 173Las configuraciones electrónicas y la tabla periódica 173Las configuraciones electrónicas y las propiedadesperiódicas: Radios atómicos 175
Interludio Luces fluorescentes compactas: Ahorro de energíapor medio de espectro atómico de líneas 178
Resumen .Térmínos clave ·Problemas de conceptosclave · Problemas por secciones · Problemasdel capítulo · Problemas de conceptos múltiples
5.15.25.3
5.4
5.55.6
5.75.85.9
5.135.145.15
6.16.2
Enlaces iónicos y químicade algunos grupos o familiasrepresentativos 185Los iones y sus configuraciones electrónicas 185Radios iónicos 187
x CONTENIDO
6.3 Energía de ionización 1886.4 Energías de ionización más altas 1916.5 Afinidad electrónica 192
6.6 Los enlaces iónicos y la formación de sólidos iónicos 1946.7 Energías de red en sólidos iónicos 1976.8 La regla del octeto 1996.9 Química de los elementos del grupo lA: Metales
alcalinos 201
6.10 Química de los elementos del grupo 2A: Metalesalcalinotérreos 205
6.11 Química de los elementos del grupo 3A: Aluminio 2086.12 Química de los elementos del grupo 7A: Halógenos 2106.13 Química de los elementos del grupo 8A:
Gases nobles 213
Interludio Sal 216
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7 Enlaces covalentes y estructuramolecular 223
7.17.27.37.47.57.6
El enlace covalente 223Fuerzas de los enlaces covalentes 224
Comparación de compuestos iónicos y covalentes 226Enlaces covalentes polares: Electronegatividad 226Estructuras electrónicas de puntos 229Estructuras electrónicas de puntos para moléculaspoliatómicas 232Las estructuras electrónicas de puntos y la resonancia 238Cargas formales 240Formasmoleculares:El modelo RPECV 242Teoría del enlace valencia 250
Hibridación y orbitales híbridos sp3 251
7.77.87.97.107.11
7.12 Otros tipos de orbitales híbridos 2537.13 Teoría del orbital molecular: La molécula
de hidrógeno 2567.14 Teoría del orbital molecular: Otras moléculas
diatómicas 2597.15 Combinación de las teorías del enlace valencia
y del orbital molecular 262
Interludio Forma molecular, orientación y medicamentos 263
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8 Termoquímica: Energíaquímica 273
8.18.28.38.48.58.68.78.88.98.108.118.12
Energía 273Cambios de energía y conservación de la energía 274Energía interna y funciones de estado 276Trabajo de expansión 278Energía y entalpía 280El estado termodinámico estándar 282
Entalpías de cambio físico y químico 283Calorimetría y capacidad calorífíca 285Ley de Hess 289Calores estándar de formación 292
Energías de disociación de enlace 294Combustibles fósiles, eficiencia del combustibley calores de combustión 296Introducción a la entropía 298Introducción a la energía libre 301
8.138.14
Interludio Biocombustibles 305
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9 Gases: Propiedadesy comportamiento 315
9.1 Los gases y su presión 3159.2 Las leyes de los gases 3199.3 Ley de los gases ideales 3249.4 Relaciones estequiométricas de los gases 3279.5 Presión parcial y ley de Dalton 3309.6 Teoría cinética molecular de los gases 3329.7 Ley de Graham: Difusión y efusión de los gases 3359.8 El comportamiento de los gases reales 3379.9 La atmósfera de la TIerra 338
Interludio Anestésicos inhalables 342
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10 Líquidos, sólidos y cambiosde fase 353
10.1 Enlaces covalentes polares y momentos dipolares 35410.2 Fuerzas intermoleculares 357
10.3 Algunas propiedades de los líquidos 36310.4 Cambios de fase 364
10.5 Evaporación, presión de vapor y puntode ebullición 368
10.6 TIpos de sólidos 372
CONTENIDO xi
10.7 Detección de la estructura de los sólidos:
Cristalografía de rayos X 37410.8 Las celdas unitarias y el empaqueta miento de esferas
en sólidos cristalinos 37610.9 Estructuras de algunos sólidos iónicos 38210.10 Estructuras de algunos sólidos de red covalente 38410.11 Diagramas de fases 386
Interludio Líquidos iónicos 390
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11 Disoluciones y sus propiedades 39911.111.2
Disoluciones 399
Los cambios de la energía y el procesode la disolución 400Unidades de concentración 404
Algunos factores que afectan la solubilidad 409Comportamiento físico de las disoluciones:Propiedades coligativas 413Disminución de la presión de vapor de las disoluciones:Ley de Raoult 413Elevación del punto de ebullición y abatimientoo disminución del punto de congelación de lasdisoluciones 419
Ósmosis y presión osmótica 423Algunos usos de las propiedades coligativas 425Destilación fraccionada de mezclas de líquidos 427
11.311.411.5
11.6
11.7
11.811.911.10
Interludio Diálisis 430
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xii CONTENIDO
12 Cinética química 43912.112.212.3
Velocidades de reacción 439
Leyes de velocidad y orden de reacción 444Determinación experimental de la leyde velocidad 446
Ley de velocidad integrada para una reacciónde primer orden 451Vida media de una reacción de primer orden 455Reacciones de segundo orden 457Reacciones de orden cero 460Mecanismos de reacción 461
Leyes de velocidad para reacciones elementales 464Leyes de velocidad para reacciones globales 466Las velocidades de reacción y la temperatura:La ecuación de Arrhenius 471Uso de la ecuación de Arrhenius 475Catálisis 477
Catalizadores homogéneos y heterogéneos 481
12.4
12.512.612.712.812.912.1012.11
12.1212.1312.14
Interludio Catálisis enzimática 484
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13 Equilibrio químico 49713.1 El estado de equilibrio 49813.2 La constante de equilibrio Kc 49913.3 La constante de equilibrio Kp 50313.4 Equilibrio heterogéneo 50613.5 Uso de la constante de equilibrio 50813.6 Factores que afectan la composición de una mezcla
en equilibrio: El principio de Le Chatelier 516
13.7
13.8
13.9
Alteración de una mezcla en equilibrio: Cambiosen la concentración 518Alteración de una mezcla en equilibrio: Cambiosde presión y volumen 521Alteración de una mezcla en equilibrio: Cambiosde temperatura 524El efecto de un catalizador sobre el equilibrio 526Relación entre equilibrio químico y cinéticaquímica 528
Interludio La respiración y el transporte de oxígeno 531
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13.1013.11
14 Equilibrios en fase acuosa:Ácidos y bases 543
14.1
14.214.314.414.514.614.7
Conceptos ácido y base: Teoríade Br0nsted-Lowry 543Fuerza de los ácidos y de las bases 546Protones hidratados y iones hidronio 549Disociación del agua 549La escala de pH 552Medición del pH 553El pH en disoluciones de ácidosy bases fuertes 555Equilibrios en disoluciones de ácidosdébiles 557
14.8
14.9
14.10
14.1114.1214.1314.1414.1514.16
Cálculo de concentraciones en el equilibriopara disoluciones de ácidos débiles 559Porcentaje de disociación en disolucionesde ácidos débiles 564
Ácidos polipróticos 565Equilibrios en disoluciones de bases débiles 568Relación entre KaYKb 570Propiedades ácido-base de las sales 572Factores que afectan la fuerza de los ácidos 576Ácidos y bases de Lewis 579
Interludio Lluvia ácida 582
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15.115.215.315.4
15.515.615.715.815.9
15.1015.11
15.1215.13
15 Aplicaciones de los equilibriosacuosos 593Reacciones de neutralización 593El efecto del ion común 596
Disoluciones amortiguadoras 601La ecuación deHenderson-Hasselbalch 604
Curvas de titulación de pH 6071itulaciones ácido fuerte-base fuerte 608Titulaciones ácido débil-base fuerte 6101itulaciones base débil-ácido fuerte 6131itulaciones ácidopoliprótico-base fuerte 615Equilibrios de solubilidad 618
Determinación de KpsYcálculos de la solubilidada partir de Kps 619Factores que afectan la solubilidad 622Precipitación de compuestos iónicos 629
CONTENIDO xlli
15.14 Separación de iones por precipitación selectiva 63115.15 Análisis cualitativo 632
Interludio Análisis de proteínas por electroforesis 634
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16.116.2
16.316.416.5
16.6
16.716.816.916.10
16.11
16 Termodinámica: Entropía, energíalibre y equilibrio 647Procesos espontáneos 647Entalpía, entropía y procesos espontáneos: Un breverepaso 649Entropía y probabilidad 653Entropía y temperatura 656Entropías molares estándar y entropías estándarde reacción 657
La entropía y la segunda ley de latermodinámica 659
Energía libre 662Cambios de energía libre estándar en reacciones 664Energías libres estándar de formación 667Cambios de energía libre y composición de la mezclade reacción 669
Energía libre y equilibrio químico 671
Interludio Algunas ideas sobre la entropía 676
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xiv CONTENIDO
17 Electroquímica 68717.117.217.3
Celdas galvánicas 687Notación abreviada para celdas galvánicas 692Potenciales de celda y cambios de energía librepara reacciones de celda 694Potenciales estándar de reducción 695
Uso de potenciales estándar de reducción 699Potenciales de celda y composiciones de la mezclade reacción: la ecuación de Nemst 701
Determinación electroquímica del pH 704Potenciales estándar de celda y constantesde equilibrio 706Baterías 708Celdas de combustible 712Corrosión 714
Electrólisis y celdas electrolíticas 716Aplicaciones comerciales de la electrólisis 719Aspectos cuantitativos de la electrólisis 722
17.417.517.6
17.717.8
17.917.1017.1117.1217.1317.14
Interludio Arte electroquímico 725
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18 Hidrógeno, oxígenoyagua 737
18.1 Hidrógeno 73718.2 Isótopos de hidrógeno 738
18.318.418.518.618.718.818.918.1018.1118.1218.1318.1418.15
Preparación y usos del hidrógeno 740Reactividad del hidrógeno 741Hidruros binarios 742
Oxígeno 747Preparación y usos del oxígeno 748Reactividad del oxígeno 749Óxidos 750
Peróxidos y superóxidos 754Peróxido de hidrógeno 755Ozono 757
Agua 758Reactividad del agua 760Hidratos 761
Interludio Una "economía de hidrógeno" 762
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19 Elementos de las familias
o grupos representativos 76919.1 Revisión de las propiedades generales
y tendencias periódicas 770Propiedades distintivas de los elementosdel segundo periodo 772Elementos del grupo 3A 774Boro 775
Elementos del grupo 4A 776Carbono 777Silicio 781
Germanio, estaño y plomo 785Elementos del grupo 5A 786Nitrógeno 787Fósforo 791
Elementos del grupo 6A 796
19.2
19.319.419.519.619.719.819.919.1019.1119.12
19.13 Azufre 797
19.14 Los halógenos: Oxoácidos y sus sales 801
Interludio Fotocopiadoras 804
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20
20.120.220.3
20.4
20.520.620.7
20.820.920.10
20.11
20.12
Elementos de transición
y química de coordinación 813Configuraciones electrónicas 814Propiedades de los elementos de transición 817Estados de oxidación de los elementosde transición 820
Química de algunos elementosde transición 822Compuestos de coordinación 827Ligantes 829Nomenclatura de los compuestosde coordinación 831Isómeros 835
Enantiómeros y orientación molecular 841Color de los complejos de los metalesde transición 844
Enlaces en los complejos: Teoría de uniónvalencia (o de enlace valencia) 846Teoría del campo cristalino 849
Interludio Titanio: Un metal de alta tecnología 855
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21 Metales y materialesde estado sólido 865
21.1 Fuentesde los elementosmetálicos 86621.2 Metalurgia 867
CONTENIDO XV
21.3
21.4
21.5
21.6
21.7
21.821.9
Hierro y acero 870Enlace en metales 872Semiconductores 877
Aplicaciones de los semiconductores 880Superconductores 884Cerámicas 887
Materiales compuestos 891
Interludio Nanotecnología 893
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del capítulo · Problemas de conceptos múltiples
22 Química nuclear 90322.1 Reacciones nucleares y sus
características 903
Reacciones nucleares y radiactividad 904Velocidades de decaimiento radiactivo 907Estabilidad nuclear 911
Cambios de energía durante las reaccionesnucleares 915
Fisión y fusión nucleares 918Transmutación nuclear 922
Detección y medición de la radiactividad 923Efectos biológicos de la radiación 925Aplicaciones de la química nuclear 926
22.222.322.422.5
22.622.722.822.922.10
Interludio El origen de los elementos químicos 930
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xvi CONTENIDO
23 Química orgánica23.123.223.323.423.523.623.723.8
23.923.1023.1123.1223.1323.1423.15
937La naturaleza de las moléculas orgánicas 937Los alcanos y sus isómeros 939Dibujo de estructuras orgánicas 941Las formas de las moléculas orgánicas 942Nomenclatura de los alcanos 944Cicloalcanos 947Reacciones de los alcanos 949
Familias de moléculas orgánicas:Grupos funcionales 950Alquenos y alquinos 952Reacciones de alquenos y alquinos 954Compuestos aromáticos y sus reacciones 956Alcoholes, éteres y aminas 958Aldehídos y cetonas 961Ácidos carboxílicos, ésteres y amidas 962Polímeros sintéticos 967
Interludio ¿Natural o sintético? 970
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24 Bioquímica 97924.1 Energía bioquímica 97924.2 Aminoácidos y péptidos 98324.3 Aminoácidos y enantiomería molecular24.4 Proteínas 988
24.5 Niveles en la estructura de las proteínas24.6 Carbohidratos 993
986
990
24.724.824.9
Enantiomería de los carbohidratos 994Estructuras cíclicas de los monosacáridos 995
Algunos disacáridos y polisacáridoscomunes 996
Lípidos 998Ácidos nucleicos 1001
Apareamiento de bases en el ADN: El modelode Watson-Crick 1004Los ácidos nucleicos y la herencia 1005
24.1024.1124.12
24.13
Interludio Dactiloscopia de ADN 1008
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Apéndice A Operaciones matemáticas A-1
Apéndice B Propiedades termodinámicas a 25°C A-9
Apéndice C Constantes de equilibrio a 25°C A-14
Apéndice D Potenciales de reducción estándara 25°C A-18
Apéndice E Propiedades del agua A-20
Apéndice F Resúmenes de conceptos clave A-21
Respuestas a problemas seleccionados A-45
Glosario G-l
fndice 1-1
Créditos de fotografías C-1
