Química / Raymond Chang, Kenneth A. Goldsby.

CONTENIDO
CAPÍTULO 1 Química: El estudio del cambio 1
1.1 Química: una ciencia para el siglo XXI 2
1.2 Estudio de la química 2
1.3 El método científico 4
QUÍMICA en Acción: La investigación del bosón de Higgs 6
1.4 Clasificación de la materia 6
1.5 Los tres estados de la materia 9
1.6 Propiedades físicas y químicas de la materia 10
1.7 Mediciones 12
QUÍMICA en Acción: La importancia de las unidades 17
1.8 Manejo de los números 18
1.9 Análisis dimensional en la resolución de problemas 23
1.10 Resolución de problemas del mundo real: información, suposiciones y simplificaciones 27
Ecuaciones clave 28
Resumen de conceptos 29
Términos básicos 29
Preguntas y problemas 29
Interpretación, modelación y estimación 35
Respuestas a los ejercicios de práctica 35
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: La desaparición de los dinosaurios 36

CAPÍTULO 2 Átomos, moléculas y iones 38
2.1 Teoría atómica 39
2.2 Estructura del átomo 40
2.3 Número atómico, número de masa e isótopos 46
2.4 La tabla periódica 48
QUÍMICA en Acción: Distribución de los elementos en la Tierra y en los sistemas vivos 49
2.5 Moléculas y iones 50
2.6 Fórmulas químicas 52
2.7 Nomenclatura de los compuestos 56
2.8 Introducción a los compuestos orgánicos 65
Ecuación clave 67
Resumen de conceptos 67
Términos básicos 67
Preguntas y problemas 68
Interpretación, modelación y estimación 74
Respuestas a los ejercicios de práctica 74

CAPÍTULO 3 Relaciones de masa en las reacciones químicas 75
3.1 Masa atómica 76
3.2 Número de Avogadro y masa molar de un elemento 77
3.3 Masa molecular 81
3.4 Espectrómetro de masas 84
3.5 Composición porcentual de los compuestos 85
3.6 Determinación experimental de fórmulas empíricas 88
3.7 Reacciones químicas y ecuaciones químicas 90
3.8 Cantidades de reactivos y productos 95
3.9 Reactivo limitante 99
3.10 Rendimiento de reacción 103
QUÍMICA en Acción: Fertilizantes químicos 105
Ecuaciones clave 106
Resumen de conceptos 106
Términos básicos 107
Preguntas y problemas 107
Interpretación, modelación y estimación 117
Respuestas a los ejercicios de práctica 117

CAPÍTULO 4 Reacciones en disolución acuosa 118
4.1 Propiedades generales de las disoluciones acuosas 119
4.2 Reacciones de precipitación 121
QUÍMICA en Acción: Una reacción de precipitación indeseable 126
4.3 Reacciones ácido-base 126
4.4 Reacciones de oxidación-reducción 132
QUÍMICA en Acción: Alcoholímetro 144
4.5 Concentración de las disoluciones 145
4.6 Análisis gravimétrico 149
4.7 Valoraciones ácido-base 151
4.8 Valoraciones redox 155
QUÍMICA en Acción: Metal proveniente del mar 156
Ecuaciones clave 157
Resumen de conceptos 157
Términos básicos 158
Preguntas y problemas 158
Interpretación, modelación y estimación 168
Respuestas a los ejercicios de práctica 169
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: ¿Quién asesinó a Napoleón? 170

CAPÍTULO 5 Gases 172
5.1 Sustancias que existen como gases 173
5.2 Presión de un gas 174
5.3 Leyes de los gases 178
5.4 Ecuación del gas ideal 184
5.5 Estequiometría de los gases 193
5.6 Ley de Dalton de las presiones parciales 195
QUÍMICA en Acción: El buceo y las leyes de los gases 200
5.7 Teoría cinética molecular de los gases 202
QUÍMICA en Acción: Átomos superenfriados 208
5.8 Desviación del comportamiento ideal 210
Ecuaciones clave 213
Resumen de conceptos 214
Términos básicos 214
Preguntas y problemas 215
Interpretación, modelación y estimación 226
Respuestas a los ejercicios de práctica 227
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: Sin oxígeno 228

CAPÍTULO 6 Termoquímica 230
6.1 Naturaleza y tipos de energía 231
6.2 Cambios de energía en las reacciones químicas 232
6.3 Introducción a la termodinámica 234
QUÍMICA en Acción: Fabricar nieve e inflar un neumático de bicicleta 240
6.4 Entalpía de las reacciones químicas 240
6.5 Calorimetría 246
QUÍMICA en Acción: Células grasas blancas, células grasas marrón y una cura potencial para la obesidad 250
6.6 Entalpía estándar de formación y de reacción 253
QUÍMICA en Acción: Cómo se defiende el escarabajo bombardero 256
6.7 Calor de disolución y de dilución 258
Ecuaciones clave 261
Resumen de conceptos 261
Términos básicos 261
Preguntas y problemas 262
Interpretación, modelación y estimación 271
Respuestas a los ejercicios de práctica 271
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: El neumático explosivo 272

CAPÍTULO 7 Teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos 274
7.1 De la física clásica a la teoría cuántica 275
7.2 El efecto fotoeléctrico 279
7.3 Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno 282
7.4 La naturaleza dual del electrón 287
QUÍMICA en Acción: Láser: la luz esplendorosa 288
7.5 Mecánica cuántica 291
QUÍMICA en Acción: Microscopía electrónica 292
7.6 Números cuánticos 295
7.7 Orbitales atómicos 297
7.8 Configuración electrónica 301
7.9 El principio de construcción 308
QUÍMICA en Acción: Puntos cuánticos 312
Ecuaciones clave 313
Resumen de conceptos 314
Términos básicos 315
Preguntas y problemas 315
Interpretación, modelación y estimación 323
Respuestas a los ejercicios de práctica 323
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: Descubrimiento del helio y el surgimiento y la caída del coronio 324

CAPÍTULO 8 Relaciones periódicas entre los elementos 326
8.1 Desarrollo de la tabla periódica 327
8.2 Clasificación periódica de los elementos 329
8.3 Variaciones periódicas de las propiedades físicas 333
8.4 Energía de ionización 340
QUÍMICA en Acción: ¿El tercer elemento líquido? 341
8.5 Afinidad electrónica 345
8.6 Variación de las propiedades químicas de los elementos representativos 347
QUÍMICA en Acción: El descubrimiento de los gases nobles 358
Ecuación clave 359
Resumen de conceptos 359
Términos básicos 360
Preguntas y problemas 360
Interpretación, modelación y estimación 367
Respuestas a los ejercicios de práctica 367

CAPÍTULO 9 Enlace químico I: Conceptos básicos 368
9.1 Símbolos de puntos de Lewis 369
9.2 Enlace iónico 370
9.3 Energía reticular de los compuestos iónicos 372
QUÍMICA en Acción: Cloruro de sodio: un compuesto iónico común e importante 376
9.4 Enlace covalente 377
9.5 Electronegatividad 380
9.6 Escritura de las estructuras de Lewis 384
9.7 Carga formal y estructura de Lewis 387
9.8 El concepto de resonancia 390
9.9 Excepciones a la regla del octeto 392
QUÍMICA en Acción: Sólo diga NO 397
9.10 Entalpía de enlace 398
Ecuación clave 403
Resumen de conceptos 403
Términos básicos 403
Preguntas y problemas 403
Interpretación, modelación y estimación 410
Respuestas a los ejercicios de práctica 411

CAPÍTULO 10 Enlace químico II: Geometría molecular e hibridación de orbitales atómicos 412
10.1 Geometría molecular 413
10.2 Momento dipolar 423
QUÍMICA en Acción: Los hornos de microondas: el momento dipolar en acción 426
10.3 Teoría de enlace-valencia 429
10.4 Hibridación de orbitales atómicos 431
10.5 Hibridación en moléculas que contienen enlaces dobles y triples 440
10.6 Teoría de orbitales moleculares 443
10.7 Configuraciones de orbitales moleculares 446
10.8 Orbitales moleculares deslocalizados 452
QUÍMICA en Acción: El buckybalón, ¿un balón cualquiera? 454
Ecuaciones clave 456
Resumen de conceptos 456
Términos básicos 456
Preguntas y problemas 457
Interpretación, modelación y estimación 463
Respuestas a los ejercicios de práctica 464

CAPÍTULO 11 Fuerzas intermoleculares y líquidos y sólidos 465
11.1 Teoría cinética molecular de líquidos y sólidos 466
11.2 Fuerzas intermoleculares 467
11.3 Propiedades de los líquidos 473
QUÍMICA en Acción: Un betún muy lento 475
11.4 Estructura cristalina 477
QUÍMICA en Acción: ¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? 478
11.5 Difracción de rayos X de estructuras cristalinas 484
11.6 Tipos de cristales 486
QUÍMICA en Acción Superconductores a altas temperaturas 488
QUÍMICA en Acción: Y todo por un botón 492
11.7 Sólidos amorfos 492
11.8 Cambios de fase 493
11.9 Diagramas de fases 503
QUÍMICA en Acción: Hervir un huevo en la cima de una montaña, las ollas de presión y el patinaje sobre hielo 505
QUÍMICA en Acción: Cristales líquidos 506
Ecuaciones clave 508
Resumen de conceptos 508
Términos básicos 509
Preguntas y problemas 509
Interpretación, modelación y estimación 517
Respuestas a los ejercicios de práctica 517

CAPÍTULO 12 Propiedades físicas de las disoluciones 518
12.1 Tipos de disoluciones 519
12.2 Enfoque molecular del proceso de disolución 520
12.3 Unidades de concentración 522
12.4 Efecto de la temperatura en la solubilidad 527
12.5 Efecto de la presión en la solubilidad de los gases 529
QUÍMICA en Acción: El lago asesino 531
12.6 Propiedades coligativas de las disoluciones de no electrólitos 532
12.7 Propiedades coligativas de las disoluciones de electrólitos 544
QUÍMICA en Acción: Diálisis 546
12.8 Coloides 546
Ecuaciones clave 549
Resumen de conceptos 549
Términos básicos 550
Preguntas y problemas 550
Interpretación, modelación y estimación 558
Respuestas a los ejercicios de práctica 559
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: El cuchillo equivocado 560

CAPÍTULO 13 Cinética química 562
13.1 La rapidez de una reacción 563
13.2 La ley de rapidez 571
13.3 Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo 575
QUÍMICA en Acción: Datación con radiocarbono 586
13.4 Constantes de rapidez y su dependencia de la energía de activación y de la temperatura 588
13.5 Mecanismos de reacción 594
13.6 Catálisis 599
QUÍMICA en Acción: Farmacocinética 606
Ecuaciones clave 608
Resumen de conceptos 608
Términos básicos 609
Preguntas y problemas 609
Interpretación, modelación y estimación 620
Respuestas a los ejercicios de práctica 620

CAPÍTULO 14 Equilibrio químico 621
14.1 El concepto de equilibrio y la constante de equilibrio 622
14.2 Escritura de las expresiones de las constantes de equilibrio 625
14.3 Relación entre cinética química y equilibrio químico 637
14.4 ¿Qué información proporciona la constante de equilibrio? 638
14.5 Factores que afectan el equilibrio químico 644
QUÍMICA en Acción: La vida a grandes alturas y la producción de hemoglobina 651
QUÍMICA en Acción: El proceso Haber 652
Ecuaciones clave 654
Resumen de conceptos 654
Términos básicos 655
Preguntas y problemas 655
Interpretación, modelación y estimación 665
Respuestas a los ejercicios de práctica 665

CAPÍTULO 15 Ácidos y bases 666
15.1 Ácidos y bases de Brønsted 667
15.2 Propiedades ácido-base del agua 668
15.3 El pH: una medida de la acidez 670
15.4 Fuerza de los ácidos y las bases 673
15.5 Ácidos débiles y la constante de ionización de un ácido 677
15.6 Bases débiles y la constante de ionización de una base 685
15.7 Relación entre las constantes de ionización de los ácidos y sus bases conjugadas 687
15.8 Ácidos dipróticos y polipróticos 688
15.9 Estructura molecular y fuerza de los ácidos 692
15.10 Propiedades ácido-base de las sales 696
15.11 Propiedades ácido-base de los óxidos y los hidróxidos 702
15.12 Ácidos y bases de Lewis 704
QUÍMICA en Acción: Antiácidos y el balance del pH en el estómago 706
Ecuaciones clave 708
Resumen de conceptos 709
Términos básicos 709
Preguntas y problemas 709
Interpretación, modelación y estimación 717
Respuestas a los ejercicios de práctica 717
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: La descomposición de los papeles 718

CAPÍTULO 16 Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad 720
16.1 Comparación entre los equilibrios homogéneo y heterogéneo en disolución 721
16.2 Efecto del ion común 721
16.3 Disoluciones amortiguadoras 724
16.4 Valoraciones ácido-base 730
QUÍMICA en Acción: Mantenimiento del pH de la sangre 732
16.5 Indicadores ácido-base 739
16.6 Equilibrios de solubilidad 742
16.7 Separación de iones por precipitación fraccionada 749
16.8 El efecto del ion común y la solubilidad 751
16.9 El pH y la solubilidad 753
16.10 Los equilibrios de iones complejos y la solubilidad 756
QUÍMICA en Acción: ¿Cómo se forma un cascarón de huevo? 760
16.11 Aplicación del principio del producto de solubilidad al análisis cualitativo 761
Ecuaciones clave 763
Resumen de conceptos 764
Términos básicos 764
Preguntas y problemas 764
Interpretación, modelación y estimación 772
Respuestas a los ejercicios de práctica 773
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: Un duro bocadillo

CAPÍTULO 17 Entropía, energía libre y equilibrio 776
17.1 Las tres leyes de la termodinámica 777
17.2 Procesos espontáneos 777
17.3 Entropía 778
17.4 Segunda ley de la termodinámica 783
17.5 Energía libre de Gibbs 789
QUÍMICA en Acción: La eficiencia de las máquinas térmicas 790
17.6 Energía libre y equilibrio químico 796
17.7 Termodinámica en los sistemas vivos 800
QUÍMICA en Acción La termodinámica de una liga 801
Ecuaciones clave 803
Resumen de conceptos 803
Términos básicos 803
Preguntas y problemas 804
Interpretación, modelación y estimación 811
Respuestas a los ejercicios de práctica 811

CAPÍTULO 18 Electroquímica 812
18.1 Reacciones redox 813
18.2 Celdas galvánicas 816
18.3 Potenciales estándar de reducción 818
18.4 Termodinámica de las reacciones redox 824
8.5 Efecto de la concentración sobre la fem de la celda 827
18.6 Baterías 832
QUÍMICA en Acción: Energía bacteriana 837
18.7 Corrosión 838
18.8 Electrólisis 841
QUÍMICA en Acción: Molestia producida por las amalgamas dentales 846
Ecuaciones clave 848
Resumen de conceptos 848
Términos básicos 849
Preguntas y problemas 849
Interpretación, modelación y estimación 858
Respuestas a los ejercicios de práctica 859
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: Agua sucia 860

CAPÍTULO 19 Química nuclear 862
19.1 Naturaleza de las reacciones nucleares 863
19.2 Estabilidad nuclear 865
19.3 Radiactividad natural 870
19.4 Transmutación nuclear 874
19.5 Fisión nuclear 877
QUÍMICA en Acción: El reactor de fisión nuclear de la naturaleza 882
19.6 Fusión nuclear 883
19.7 Aplicaciones de los isótopos 886
19.8 Efectos biológicos de la radiación 888
QUÍMICA en Acción: Irradiación de los alimentos 890
Ecuaciones clave 890
QUÍMICA en Acción: Terapia por captura neutrónica de boro 891
Términos básicos 892
Preguntas y problemas 892
Interpretación, modelación y estimación 897
Respuestas a los ejercicios de práctica 897
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: El arte de la falsificación en el siglo xx 898

CAPÍTULO 20 Química en la atmósfera 900
20.1 Atmósfera terrestre 901
20.2 Fenómenos en las capas externas de la atmósfera 904
20.3 Destrucción del ozono en la estratosfera 906
20.4 Volcanes 911
20.5 Efecto invernadero 912
20.6 Lluvia ácida 916
20.7 Esmog fotoquímico 919
20.8 Contaminación doméstica 921
Resumen de conceptos 924
Términos básicos 925
Preguntas y problemas 925
Interpretación, modelación y estimación 929
Respuestas a los ejercicios de práctica 929

CAPÍTULO 21 Metalurgia y la química de los metales 930
21.1 Presencia de los metales 931
21.2 Procesos metalúrgicos 932
21.3 Teoría de las bandas de conductividad eléctrica 939
21.4 Tendencias periódicas de las propiedades metálicas 941
21.5 Metales alcalinos 942
21.6 Metales alcalinotérreos 946
21.7 Aluminio 948
QUÍMICA en Acción: Reciclamiento de aluminio 950
Resumen de conceptos 952
Términos básicos 952
Preguntas y problemas 952

CAPÍTULO 22 Elementos no metálicos y sus compuestos 956
22.1 Propiedades generales de los no metales 957
22.2 Hidrógeno 958
QUÍMICA en Acción: Hidrógeno metálico 962
22.3 Carbono 963
QUÍMICA en Acción: Gas sintético a partir del carbón 966
22.4 Nitrógeno y fósforo 967
QUÍMICA en Acción: Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo 974
22.5 Oxígeno y azufre 975
22.6 Halógenos 982
Resumen de conceptos 989
Términos básicos 989
Preguntas y problemas 990

CAPÍTULO 23 Química de los metales de transición y compuestos de coordinación 994
23.1 Propiedades de los metales de transición 995
23.2 La química del hierro y el cobre 998
23.3 Compuestos de coordinación 1000
23.4 Estructura de los compuestos de coordinación 1005
23.5 Enlace en los compuestos de coordinación: teoría de campo cristalino 1009
23.6 Reacciones de los compuestos de coordinación 1015
QUÍMICA en Acción: Compuestos de coordinación en los sistemas vivos 1016
23.7 Aplicaciones de los compuestos de coordinación 1016
QUÍMICA en Acción: Cisplatino: el medicamento anticancerígeno 1018
Ecuación clave 1020
Resumen de conceptos 1020
Términos básicos 1020
Preguntas y problemas 1021
Respuestas a los ejercicios de práctica 1024

CAPÍTULO 24 Química orgánica 1025
24.1 Clases de compuestos orgánicos 1026
24.2 Hidrocarburos alifáticos 1026
QUÍMICA en Acción: El hielo que se quema 1038
24.3 Hidrocarburos aromáticos 1039
24.4 Química de los grupos funcionales 1042
QUÍMICA en Acción: La industria del petróleo 1048
Resumen de conceptos 1050
Términos básicos 1051
Preguntas y problemas 1051
Respuestas a los ejercicios de práctica 1055
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: Desaparición de huellas digitales 1056

CAPÍTULO 25 Polímeros orgánicos sintéticos y naturales 1058
25.1 Propiedades de los polímeros 1059
25.2 Polímeros orgánicos sintéticos 1059
25.3 Proteínas 1065
QUÍMICA en Acción: Anemia falciforme: una enfermedad molecular 1072
25.4 Ácidos nucleicos 1073
QUÍMICA en Acción: Huella digital del ADN 1076
Resumen de conceptos 1077
Términos básicos 1077
Preguntas y problemas 1077
Interpretación, modelación y estimación 1081
MISTERIOS DE LA QUÍMICA: Una historia que le erizará los cabellos 1082
Apéndice 1 Derivación de los nombres de los elementos 1084
Apéndice 2 Unidades para la constante de los gases 1090
Apéndice 3 Datos termodinámicos a 1 atm y 25°C 1091
Apéndice 4 Operaciones matemáticas 1096
Apéndice 5 Elementos de la tabla periódica 109
Glosario 1102
Respuestas a problemas pares R-1