química: la ciencia central - theodore l. brown - 11va edición
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Química. La Ciencia CentralQ U Í M I C A L A C I E N C I A C E N T R A L
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Características de MasteringChemistry… Retroalimentación inmediata y respuestas específicas a interpretaciones erróneas comunes
MasteringChemistry no solo le indica al estudiante que ha cometido un error sino que le
ayuda a identificar en dónde se equivocó.
Consejos y preguntas sencillas cuando lo necesiten Cada estudiante recibe únicamente la ayuda que necesita, cuando lo requiere.
Biblioteca de ejercicios clasificados según su dificultad y duración
Conozca cuánto tiempo, en promedio, tardarán los estudiantes en completar una tarea,
así como la dificultad relativa de cada problema.
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El libro de calificaciones (Gradebook) es una poderosa herramienta muy fácil de utilizar que le ofrece… Calificaciones de un vistazo—Identificación opcional por medio de colores de los estudiantes menos avanzados, así como de las tareas que representan mayor dificultad.
Detalles sobre el trabajo de cada estudiante—Vea las respuestas presentadas por cada alumno, las ayudas solicitadas y el tiempo invertido en cada sección del problema.
Trabajo en equipo—El resumen de tareas (Assignment Summary) muestra la dificultad relativa, el tiempo invertido, e incluso las respuestas incorrectas más comunes en cada ejercicio. Compare el rendimiento de sus estudiantes con el promedio del sistema, el cual es calculado a partir de las respuestas de estudiantes de todo el mundo.
Diagnóstico de un vistazo—Con un solo clic, las gráficas le muestran un resumen de los problemas más difíciles, la distribución de calificaciones e incluso el avance gradual de cada estudiante.
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Revisión técnica
MÉXICO Irma Salgado Escobar Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Ciudad de México
Elizabeth Nieto Calleja Gisela Hernández Millán Myrna Carrillo Chávez Norma Mónica López Villa Facultad de Química Universidad Nacional Autónoma de México
Nancy Coromoto Martín Guaregua Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa
Alicia Blanco Aquino Margarita Íñiguez García Nely Ríos Donato Teresita Guadalupe Ávalos Munguía Universidad de Guadalajara
Virginia Estevane Ortega Universidad Autónoma de Ciudad Juárez
Víctor Hugo Solís Universidad de Navojoa
Jesús Manuel Barrón Hoyos Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos (DIPA) Universidad de Sonora
ARGENTINA Susana F. Llesuy Facultad de Farmacia y Bioquímica Universidad de Buenos Aires
Ana Cecilia González Baró Beatriz Susana Parajón Costa Irma Lía Botto Facultad Ciencias Exactas Universidad Nacional de la Plata
COLOMBIA Abraham Hadra Sauda Fundación Ideales–Gimnasio Santa Ana Departamento de Química Universidad de La Salle, Bogotá
Jorge Hernando Castañeda Lizarazo Departamento de Química Fundación Universidad de América, Bogotá
COSTA RICA Cristian Saúl Campos Fernández Escuela de Química Universidad de Costa Rica
PUERTO RICO Osvaldo Lamboy Martínez Departamento de Ciencias Naturales Universidad de Puerto Rico en Utuado
VENEZUELA Carolina Pfaff Departamento de Química Universidad Central de Venezuela
Heinz Krentzien Departamento de Química Universidad Simón Bolívar de Caracas
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DECIMOPRIMERA EDICIÓN
Q U Í M I C A L A C I E N C I A C E N T R A L
Theodore L. Brown University of Illinois at Urbana-Champaign
H. Eugene LeMay, Jr. University of Nevada, Reno
Bruce E. Bursten University of Tennessee, Knoxville
Catherine J. Murphy University of South Carolina
Con la colaboración de
Traducción
Universidad Autónoma Metropolitana
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Editor in Chief, Science: Nicole Folchetti Acquisitions Editor: Andrew Gilfillan Associate Editor: Jennifer Hart Project Manager: Donna Young Editor in Chief, Development: Ray Mullaney Development Editor: Karen Nein Marketing Manager: Elizabeth Averbeck Senior Operations Supervisor: Alan Fischer Art Director: Maureen Eide Assistant Art Director: Suzanne Behnke Interior Design: John Christiana Cover Design: Maureen Eide, John Christiana Composition: Preparé, Inc. Copy Editor: Marcia Youngman Proofreader: Karen Bosch Art Project Manager: Connie Long
Art Studio: Production Solutions Production Manager/Illustration Art Director: Sean Hogan Assistant Manager, Art Production: Ronda Whitson Illustrations: Royce Copenheaver, Daniel Knopsnyder, Mark Landis Editorial Assistant: Jonathan Colon Production Assistant: Asha Rohra Marketing Assistant: Che Flowers Assessment Content Developer: Kristin Mayo Lead Media Project Manager: Richard Barnes Media Project Manager: Nicole Jackson Assistant Managing Editor, Science: Gina M. Cheselka Project Manager, Print Supplements: Ashley M. Booth Manager, Visual Research: Beth Brenzel Image Permission Coordinator: Debbie Hewitson Photo Researcher: Truitt & Marshall
Datos de catalogación bibliográfica
BROWN, THEODORE L., cols.
PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009
ISBN: 978-607-442-021-0 Área: Ciencias
Formato: 21 3 27.5 cm Páginas: 1240
Authorized translation from the English language edition entitled Chemistry: the central science, 11 edition, by Theodore L. Brown, et al., published by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright © 2009. All rights reserved. ISBN 978-0-13-600617-6
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés titulada Chemistry: the central science, 11 edición, por Theodore L. Brown, et al., publicada por Pearson Education, Inc., publicada como Prentice Hall, Copyright © 2009. Todos los derechos reservados.
Esta edición en español es la única autorizada.
Edición en español Editor: Rubén Fuerte Rivera
e-mail: [email protected] Editor de desarrollo: Bernardino Gutiérrez Hernández Supervisor de producción: Enrique Trejo Hernández
Edición en inglés
DECIMOPRIMERA EDICIÓN, 2009
D.R. © 2009 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V. Atlacomulco 500-5o. piso Col. Industrial Atoto 53519, Naucalpan de Juárez, Estado de México
Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Núm. 1031.
Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.
El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes.
ISBN 978-607-442-021-0
Impreso en México. Printed in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 13 12 11 10
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sugerencias algunas veces nos enseñan.
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Christian Martínez Jesús Manuel Acevedo María Esther Nieto
Instituto Tecnológico Autónomo de México Katina García Appendini
Instituto Tecnológico de Chihuahua Antonio Treviño Ruiz Bertha C. Manzanera Quintana Javier Villanueva Sánchez
Instituto Tecnológico de Ciudad Juárez José Manuel Ramírez Verdeja Mayela Zapata Rafael Gallardo Mota
Instituto Tecnológico de Toluca Leticia Esperanza Colón Izquierdo
Instituto Tecnológico de Zacatepec Alicia Guadarrama Castrejón Ángel Sandoval Jacobo Palemón Ocampo Silva
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Chihuahua
Carlos Meraz Molina
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Ciudad Juárez
Roberto Hurtado
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Querétaro
Araceli Florido Segoviano María del Consuelo Valenzuela
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey
Marcelo Videa Silvia Ponce
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Tampico
Laura Hinojosa
Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec Eduardo Hernández Vera Edultridis Estrada Lucas Guillermina Reyes Flores Jesús Armando Castellanos Torres Leticia Vera Pérez Rafael Campos Haaz Sabino Jiménez Hernández
Universidad Anáhuac México Norte Francisco Herrera Castañeda
Universidad Autónoma de Tamaulipas Ramiro Garza Molina
Universidad Autónoma de Nuevo León Adriana Liñán Montes Juan Jacobo Ruiz Valdez María Elena Rodríguez Cantú María Isabel Castillo Arévalo Olivia Carolina Porras Ramiro Quintanilla Licea Salomé Maribel de la Parra Arciniega
Universidad Autónoma de Chihuahua Raúl Sandoval Javalera
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Lorena Rivera Virginia Estebane Ortega
Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco
Gabriel Herrera Pérez Leonardo Hernández Martínez Margarita Chávez Martínez María del Carmen González Cortez María Lídice Soto
Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa
Ana María Vivier Fégoux Andrés Hernández Arana Gustavo Velázquez Garduño J. Alberto Alarcón Díaz Jesús Alejandro López Gaona
Pearson Educación agradece a los centros de estudios y profesores usuarios de esta obra por su apoyo y retroalimentación, elemento fundamental para esta nueva edición de Química, la ciencia central.
MÉXICO
Juan Marcos Esparza Schulz Margarita Viniegra Ramírez María Inés Coahuila Hernández Maximiliano Asomoza Nancy Coromoto Martín Guaregua Rafael Arturo Zubillaga Luna Rubicelia Vargas Fosada Salvador R. Tello S. Silvia Solís Mandiola Ulises Morales Virineya Bertin
Universidad Iberoamericana, Ciudad de México María del Carmen Doria
Universidad Iberoamericana de León María Luisa Martínez Medel
Universidad de Guadalajara Amalia Reyes Larios Gabriel Palacios Huerta José Eloy Sánchez Ramos María Esther Rodríguez Ramírez Martín Hernández Carrillo
Universidad de Monterrey María del Socorro Sánchez González
Universidad del Valle de México, Cuernavaca Ramón Arnaud
Universidad La Salle, Distrito Federal Gustavo Velázquez Garduño
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería
Alfredo Velázquez Ana Laura Pérez Martínez Antonieta Pérez Nova Carlos Chávez Mercado Catalina Ferat Toscano Esther Flores Cruz Félix Benjamín Núñez Orozco Gabriela Alicia Díaz Guerrero Gerardo Barón Sánchez José Lino Jardines Ortega José Luis Morales Salvatierra Karla Gómez Goytia Lioudmila Fomina Natasha Carime Villaseñor Hernández Pablo J. Monterrubio López Ramiro Maravilla Galván Rodolfo Carrión Sánchez Rogelio Soto Rosa Estrada Reyes Susana Aburto García Violeta Luz María Bravo Hernández
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química
Adela Castillejos Salazar Adriana Páez González Alejandrina Acosta Huerta Alejandro Fajardo Guerrero Ana Elizabeth Domínguez Ana María Sosa Aníbal Bascuráin Blaset Blas Flores Pérez Chirinos Flores Reyes Elizabeth Nieto Calleja Enrique Sánchez Alcántara Estela Roque Villada Fernando Morales Morales Gustavo Garduño Sánchez Iliana Zaldívar Coria Irma Susana Rojas Tome Jesús González Pérez Jesús Gracia Mora Jesús Recillas Mota José Juan Monarca Rodríguez Josefina Montes Ayala Josefina Viades Juan Manuel Germán Acacio Juan Manuel Martínez Mendoza Kira Padilla Martínez Leticia Cervantes Espinoza Luis Antonio Huerta Tapia Luis Pablos Saavedra María de los Ángeles Olvera León María de los Ángeles Vargas Hernández María de Lourdes García Peña María del Carmen S. Ortega María Josefina Becerril Téllez-Girón Martha Yolanda González Quezada Myrna Carrillo Chávez Norma Ortega Villar Paola B. González Aguirre Patricia Lechuga Uribe Pilar Montagut Bosque Rosa María González Muradas Ruy F. Cervantes Díaz de Guzmán
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán
Leticia Badillo Solís Natividad Venegas Herrera Ofelia Esperanza Arroyo Fal
Agradecimientos xi
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Universidad de Concepción Rafael Alfredo García Lovera
Universidad de Puerto Rico, Recinto Utuado Carlos Seiglie Osvaldo Lamboy Vilmari López
Universidad de Puerto Rico, Recinto de Arecibo Ángel Montes Vanessa Montalvo
Universidad Católica de Santa María Eugenia Zeballos Delgado Trinidad González Chávez
Universidad de Lima Javier Quino Favero Shaminy Molina Quenaya
Universidad Peruana Cayetano Heredia Gilma Fernández Zúñiga
Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Betty Pérez Zenteno Leslie Córdova Yamauchi
Colegio Anglo Americano, Bogotá Jorge Mejía Maritza Rivera Yolima Páez
Colegio Clermont, Bogotá Luis Alfredo Guerrero
Colegio Emilio Valenzuela, Bogotá Liliana Burgos Edgar Ariza
Colegio Mayor del Rosario, Bogotá Ernesto Garrido
Colegio Nueva Inglaterra, Bogotá Pedro Fonseca
Colegio San Carlos, Bogotá Julio Morales
Gimnasio Fontana, Bogotá María Pilar Castillo Martha Marín
Gimnasio la Montaña, Bogotá Jonh Zafra
Gimnasio los Caobos, Bogotá Carlos Parra Carlos Octavo
Gimnasio los Portales, Bogotá Gerardo Guataquira
Universidad de América César Quiñónez Enrique Álvarez Jairo Vanegas Jayerth Guerra Jorge Castañeda Melba Fernández William Arana
Universidad de La Salle Margarita Rendón Ricardo Montealegre
Universidad de los Andes Edgar Francisco Vargas María Teresa Cortés
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Universidad Católica Andrés Bello Antonietta Melone César Marín María Isabel López
Universidad Central de Venezuela David Goñi Francisco Dos Santos José Acosta Marisol Ortega Mauro Martínez
Universidad de Oriente Ingrid Rojas Jherson Correa Yarelis Bermúdez
Universidad Metropolitana Ana Chiquín Beatriz Leal Fernando Armas Graciela Hernández de Tremarías Renata Cursi Rosa Rodríguez
Universidad Simón Bolívar Antonio Hernández Carmelo Bolívar Inés Brillembour
VENEZUELA
1 Introducción: materia y medición 1
2 Átomos, moléculas y iones 36
3 Estequiometría: cálculos con fórmulas y ecuaciones químicas 78
4 Reacciones acuosas y estequiometría de disoluciones 118
5 Termoquímica 164
8 Conceptos básicos de los enlaces químicos 296
9 Geometría molecular y teorías de enlace 340
10 Gases 392
12 Materiales modernos 480
14 Cinética química 572
15 Equilibrio químico 626
16 Equilibrios ácido-base 666
18 Química ambiental 766
19 Termodinámica química 800
23 Metales y metalurgia 980
24 Química de los compuestos de coordinación 1012
25 La química de la vida: química orgánica y biológica 1050
Apéndices A Operaciones matemáticas 1104
B Propiedades del agua 1111
C Cantidades termodinámicas de sustancias seleccionadas a 298.15 k (25 8C) 1112
D Constantes de equilibrio en disoluciones acuosas 1115
E Potenciales estándar de reducción a 25 8C 1117
Respuestas a ejercicios seleccionados R-1
Respuestas a “Piénselo un poco” R-39
Glosario G-1
Índice I-1
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1 Introducción: materia y medición 1
1.1 EL ESTUDIO DE LA QUÍMICA 2 Perspectiva atómica y molecular de la química 2 ¿Por qué estudiar
química? 3
1.2 CLASIFICACIONES DE LA MATERIA 4 Estados de la materia 4 Sustancias puras 5 Elementos 6
Compuestos 6 Mezclas 8
1.3 PROPIEDADES DE LA MATERIA 9 Cambios físicos y químicos 10 Separación de mezclas 11
1.4 UNIDADES DE MEDICIÓN 13 Unidades SI 13 Longitud y masa 14 Temperatura 15 Unidades
derivadas del SI 16 Volumen 16 Densidad 17
1.5 INCERTIDUMBRE EN LAS MEDICIONES 20 Precisión y exactitud 20 Cifras significativas 21 Cifras significativas
en el desarrollo de cálculos 23
1.6 ANÁLISIS DIMENSIONAL 24 Uso de dos o más factores de conversión 26 Conversiones en que
intervienen volúmenes 27
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 29 HABILIDADES CLAVE 30 ECUACIONES CLAVE 30 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 30 EJERCICIOS 31 EJERCICIOS ADICIONALES 33
La química en acción La química y la industria química 4
Un panorama detallado El método científico 13
La química en acción La química en las noticias 18
Estrategias en química Estimación de respuestas 26
Estrategias en química La importancia de la práctica 28
2 Átomos, moléculas y iones 36
2.1 LA TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA 38
2.2 EL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA 39 Rayos catódicos y electrones 39 Radiactividad 41
El átomo nuclear 41
2.3 LA VISIÓN MODERNA DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA 43 Números atómicos, números de masa e isótopos 44
2.4 PESOS ATÓMICOS 46 La escala de masa atómica 46 Masas atómicas promedio 47
2.5 LA TABLA PERIÓDICA 48
2.6 MOLÉCULAS Y COMPUESTOS MOLECULARES 51 Las moléculas y las fórmulas químicas 52 Fórmulas moleculares
y empíricas 52 Representación de moléculas 53
2.7 IONES Y COMPUESTOS IÓNICOS 54 Predicción de cargas iónicas 55 Compuestos iónicos 56
2.8 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
Contenido
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2.9 ALGUNOS COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES 66 Alcanos 66 Algunos derivados de los alcanos 66
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 68 HABILIDADES CLAVE 69 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 69 EJERCICIOS 70 EJERCICIOS ADICIONALES 75
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
3 Estequiometría: cálculos con fórmulas y ecuaciones químicas 78 3.1 ECUACIONES QUÍMICAS 80
Balanceo de ecuaciones 80 Cómo indicar el estado de los reactivos
y los productos 83
3.2 ALGUNOS PATRONES SENCILLOS DE REACTIVIDAD QUÍMICA 84 Reacciones de combinación y descomposición 84 Combustión en aire 86
3.3 PESOS FORMULARES 87 Pesos formulares y moleculares 87 Composición porcentual de fórmulas 88
3.4 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
3.5 FÓRMULAS EMPÍRICAS A PARTIR DEL ANÁLISIS 95 Fórmula molecular a partir de la fórmula empírica 96 Análisis por
combustión 97
3.7 REACTIVOS LIMITANTES 102 Rendimientos teóricos 105
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 107 HABILIDADES CLAVE 108 ECUACIONES CLAVE 108 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 108 EJERCICIOS 109 EJERCICIOS ADICIONALES 115 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 116
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
4 Reacciones acuosas y estequiometría de disoluciones 118 4.1 PROPIEDADES GENERALES DE LAS DISOLUCIONES
ACUOSAS 120 Propiedades electrolíticas 120 Compuestos iónicos en agua 120
Compuestos moleculares en agua 122 Electrolitos fuertes y débiles 122
4.2 REACCIONES DE PRECIPITACIÓN 124 Reglas de solubilidad de compuestos iónicos 124 Reacciones de
intercambio (metátesis) 126 Ecuaciones iónicas 127
4.3 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
4.4 REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN 135 Oxidación y reducción 136 Números de oxidación 137 Oxidación de
metales por medio de ácidos y sales 138 La serie de actividad 140
xvi Contenido
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4.5 CONCENTRACIÓN DE DISOLUCIONES 142 Molaridad 144 Cómo expresar la concentración de un electrolito 145
Interconversión de molaridad, moles y volumen 145 Dilución 146
4.6 ESTEQUIOMETRÍA 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 acción Antiácidos 135 Un panorama 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 Termoquímica 164 5.1 LA NATURALEZA DE LA ENERGÍA 166
Energía cinética y energía potencial 166 Unidades de energía 167
Sistemas y entornos 168 Transferencia de energía: trabajo y calor 168
5.2 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 170 Energía interna 170 Relación entre , 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 Y TÉRMINOS CLAVE 199 HABILIDADES CLAVE 200 ECUACIONES CLAVE 201 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 201 EJERCICIOS 202 EJERCICIOS ADICIONALES 207 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 209
Un panorama detallado…
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ISBN: 978-607-442-021-0 Área: Ciencias
Formato: 21 3 27.5 cm Páginas: 1240
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e-mail: [email protected] Editor de desarrollo: Bernardino Gutiérrez Hernández Supervisor de producción: Enrique Trejo Hernández
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Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.
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ISBN 978-607-442-021-0
Impreso en México. Printed in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 13 12 11 10
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sugerencias algunas veces nos enseñan.
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Christian Martínez Jesús Manuel Acevedo María Esther Nieto
Instituto Tecnológico Autónomo de México Katina García Appendini
Instituto Tecnológico de Chihuahua Antonio Treviño Ruiz Bertha C. Manzanera Quintana Javier Villanueva Sánchez
Instituto Tecnológico de Ciudad Juárez José Manuel Ramírez Verdeja Mayela Zapata Rafael Gallardo Mota
Instituto Tecnológico de Toluca Leticia Esperanza Colón Izquierdo
Instituto Tecnológico de Zacatepec Alicia Guadarrama Castrejón Ángel Sandoval Jacobo Palemón Ocampo Silva
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Chihuahua
Carlos Meraz Molina
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Ciudad Juárez
Roberto Hurtado
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Querétaro
Araceli Florido Segoviano María del Consuelo Valenzuela
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Monterrey
Marcelo Videa Silvia Ponce
Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Tampico
Laura Hinojosa
Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec Eduardo Hernández Vera Edultridis Estrada Lucas Guillermina Reyes Flores Jesús Armando Castellanos Torres Leticia Vera Pérez Rafael Campos Haaz Sabino Jiménez Hernández
Universidad Anáhuac México Norte Francisco Herrera Castañeda
Universidad Autónoma de Tamaulipas Ramiro Garza Molina
Universidad Autónoma de Nuevo León Adriana Liñán Montes Juan Jacobo Ruiz Valdez María Elena Rodríguez Cantú María Isabel Castillo Arévalo Olivia Carolina Porras Ramiro Quintanilla Licea Salomé Maribel de la Parra Arciniega
Universidad Autónoma de Chihuahua Raúl Sandoval Javalera
Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Lorena Rivera Virginia Estebane Ortega
Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco
Gabriel Herrera Pérez Leonardo Hernández Martínez Margarita Chávez Martínez María del Carmen González Cortez María Lídice Soto
Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa
Ana María Vivier Fégoux Andrés Hernández Arana Gustavo Velázquez Garduño J. Alberto Alarcón Díaz Jesús Alejandro López Gaona
Pearson Educación agradece a los centros de estudios y profesores usuarios de esta obra por su apoyo y retroalimentación, elemento fundamental para esta nueva edición de Química, la ciencia central.
MÉXICO
Juan Marcos Esparza Schulz Margarita Viniegra Ramírez María Inés Coahuila Hernández Maximiliano Asomoza Nancy Coromoto Martín Guaregua Rafael Arturo Zubillaga Luna Rubicelia Vargas Fosada Salvador R. Tello S. Silvia Solís Mandiola Ulises Morales Virineya Bertin
Universidad Iberoamericana, Ciudad de México María del Carmen Doria
Universidad Iberoamericana de León María Luisa Martínez Medel
Universidad de Guadalajara Amalia Reyes Larios Gabriel Palacios Huerta José Eloy Sánchez Ramos María Esther Rodríguez Ramírez Martín Hernández Carrillo
Universidad de Monterrey María del Socorro Sánchez González
Universidad del Valle de México, Cuernavaca Ramón Arnaud
Universidad La Salle, Distrito Federal Gustavo Velázquez Garduño
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería
Alfredo Velázquez Ana Laura Pérez Martínez Antonieta Pérez Nova Carlos Chávez Mercado Catalina Ferat Toscano Esther Flores Cruz Félix Benjamín Núñez Orozco Gabriela Alicia Díaz Guerrero Gerardo Barón Sánchez José Lino Jardines Ortega José Luis Morales Salvatierra Karla Gómez Goytia Lioudmila Fomina Natasha Carime Villaseñor Hernández Pablo J. Monterrubio López Ramiro Maravilla Galván Rodolfo Carrión Sánchez Rogelio Soto Rosa Estrada Reyes Susana Aburto García Violeta Luz María Bravo Hernández
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Química
Adela Castillejos Salazar Adriana Páez González Alejandrina Acosta Huerta Alejandro Fajardo Guerrero Ana Elizabeth Domínguez Ana María Sosa Aníbal Bascuráin Blaset Blas Flores Pérez Chirinos Flores Reyes Elizabeth Nieto Calleja Enrique Sánchez Alcántara Estela Roque Villada Fernando Morales Morales Gustavo Garduño Sánchez Iliana Zaldívar Coria Irma Susana Rojas Tome Jesús González Pérez Jesús Gracia Mora Jesús Recillas Mota José Juan Monarca Rodríguez Josefina Montes Ayala Josefina Viades Juan Manuel Germán Acacio Juan Manuel Martínez Mendoza Kira Padilla Martínez Leticia Cervantes Espinoza Luis Antonio Huerta Tapia Luis Pablos Saavedra María de los Ángeles Olvera León María de los Ángeles Vargas Hernández María de Lourdes García Peña María del Carmen S. Ortega María Josefina Becerril Téllez-Girón Martha Yolanda González Quezada Myrna Carrillo Chávez Norma Ortega Villar Paola B. González Aguirre Patricia Lechuga Uribe Pilar Montagut Bosque Rosa María González Muradas Ruy F. Cervantes Díaz de Guzmán
Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán
Leticia Badillo Solís Natividad Venegas Herrera Ofelia Esperanza Arroyo Fal
Agradecimientos xi
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Universidad de Concepción Rafael Alfredo García Lovera
Universidad de Puerto Rico, Recinto Utuado Carlos Seiglie Osvaldo Lamboy Vilmari López
Universidad de Puerto Rico, Recinto de Arecibo Ángel Montes Vanessa Montalvo
Universidad Católica de Santa María Eugenia Zeballos Delgado Trinidad González Chávez
Universidad de Lima Javier Quino Favero Shaminy Molina Quenaya
Universidad Peruana Cayetano Heredia Gilma Fernández Zúñiga
Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas Betty Pérez Zenteno Leslie Córdova Yamauchi
Colegio Anglo Americano, Bogotá Jorge Mejía Maritza Rivera Yolima Páez
Colegio Clermont, Bogotá Luis Alfredo Guerrero
Colegio Emilio Valenzuela, Bogotá Liliana Burgos Edgar Ariza
Colegio Mayor del Rosario, Bogotá Ernesto Garrido
Colegio Nueva Inglaterra, Bogotá Pedro Fonseca
Colegio San Carlos, Bogotá Julio Morales
Gimnasio Fontana, Bogotá María Pilar Castillo Martha Marín
Gimnasio la Montaña, Bogotá Jonh Zafra
Gimnasio los Caobos, Bogotá Carlos Parra Carlos Octavo
Gimnasio los Portales, Bogotá Gerardo Guataquira
Universidad de América César Quiñónez Enrique Álvarez Jairo Vanegas Jayerth Guerra Jorge Castañeda Melba Fernández William Arana
Universidad de La Salle Margarita Rendón Ricardo Montealegre
Universidad de los Andes Edgar Francisco Vargas María Teresa Cortés
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Universidad Católica Andrés Bello Antonietta Melone César Marín María Isabel López
Universidad Central de Venezuela David Goñi Francisco Dos Santos José Acosta Marisol Ortega Mauro Martínez
Universidad de Oriente Ingrid Rojas Jherson Correa Yarelis Bermúdez
Universidad Metropolitana Ana Chiquín Beatriz Leal Fernando Armas Graciela Hernández de Tremarías Renata Cursi Rosa Rodríguez
Universidad Simón Bolívar Antonio Hernández Carmelo Bolívar Inés Brillembour
VENEZUELA
1 Introducción: materia y medición 1
2 Átomos, moléculas y iones 36
3 Estequiometría: cálculos con fórmulas y ecuaciones químicas 78
4 Reacciones acuosas y estequiometría de disoluciones 118
5 Termoquímica 164
8 Conceptos básicos de los enlaces químicos 296
9 Geometría molecular y teorías de enlace 340
10 Gases 392
12 Materiales modernos 480
14 Cinética química 572
15 Equilibrio químico 626
16 Equilibrios ácido-base 666
18 Química ambiental 766
19 Termodinámica química 800
23 Metales y metalurgia 980
24 Química de los compuestos de coordinación 1012
25 La química de la vida: química orgánica y biológica 1050
Apéndices A Operaciones matemáticas 1104
B Propiedades del agua 1111
C Cantidades termodinámicas de sustancias seleccionadas a 298.15 k (25 8C) 1112
D Constantes de equilibrio en disoluciones acuosas 1115
E Potenciales estándar de reducción a 25 8C 1117
Respuestas a ejercicios seleccionados R-1
Respuestas a “Piénselo un poco” R-39
Glosario G-1
Índice I-1
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1 Introducción: materia y medición 1
1.1 EL ESTUDIO DE LA QUÍMICA 2 Perspectiva atómica y molecular de la química 2 ¿Por qué estudiar
química? 3
1.2 CLASIFICACIONES DE LA MATERIA 4 Estados de la materia 4 Sustancias puras 5 Elementos 6
Compuestos 6 Mezclas 8
1.3 PROPIEDADES DE LA MATERIA 9 Cambios físicos y químicos 10 Separación de mezclas 11
1.4 UNIDADES DE MEDICIÓN 13 Unidades SI 13 Longitud y masa 14 Temperatura 15 Unidades
derivadas del SI 16 Volumen 16 Densidad 17
1.5 INCERTIDUMBRE EN LAS MEDICIONES 20 Precisión y exactitud 20 Cifras significativas 21 Cifras significativas
en el desarrollo de cálculos 23
1.6 ANÁLISIS DIMENSIONAL 24 Uso de dos o más factores de conversión 26 Conversiones en que
intervienen volúmenes 27
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 29 HABILIDADES CLAVE 30 ECUACIONES CLAVE 30 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 30 EJERCICIOS 31 EJERCICIOS ADICIONALES 33
La química en acción La química y la industria química 4
Un panorama detallado El método científico 13
La química en acción La química en las noticias 18
Estrategias en química Estimación de respuestas 26
Estrategias en química La importancia de la práctica 28
2 Átomos, moléculas y iones 36
2.1 LA TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA 38
2.2 EL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA 39 Rayos catódicos y electrones 39 Radiactividad 41
El átomo nuclear 41
2.3 LA VISIÓN MODERNA DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA 43 Números atómicos, números de masa e isótopos 44
2.4 PESOS ATÓMICOS 46 La escala de masa atómica 46 Masas atómicas promedio 47
2.5 LA TABLA PERIÓDICA 48
2.6 MOLÉCULAS Y COMPUESTOS MOLECULARES 51 Las moléculas y las fórmulas químicas 52 Fórmulas moleculares
y empíricas 52 Representación de moléculas 53
2.7 IONES Y COMPUESTOS IÓNICOS 54 Predicción de cargas iónicas 55 Compuestos iónicos 56
2.8 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
Contenido
www.elsolucionario.net
2.9 ALGUNOS COMPUESTOS ORGÁNICOS SIMPLES 66 Alcanos 66 Algunos derivados de los alcanos 66
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 68 HABILIDADES CLAVE 69 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 69 EJERCICIOS 70 EJERCICIOS ADICIONALES 75
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
3 Estequiometría: cálculos con fórmulas y ecuaciones químicas 78 3.1 ECUACIONES QUÍMICAS 80
Balanceo de ecuaciones 80 Cómo indicar el estado de los reactivos
y los productos 83
3.2 ALGUNOS PATRONES SENCILLOS DE REACTIVIDAD QUÍMICA 84 Reacciones de combinación y descomposición 84 Combustión en aire 86
3.3 PESOS FORMULARES 87 Pesos formulares y moleculares 87 Composición porcentual de fórmulas 88
3.4 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
3.5 FÓRMULAS EMPÍRICAS A PARTIR DEL ANÁLISIS 95 Fórmula molecular a partir de la fórmula empírica 96 Análisis por
combustión 97
3.7 REACTIVOS LIMITANTES 102 Rendimientos teóricos 105
RESUMEN Y TÉRMINOS CLAVE 107 HABILIDADES CLAVE 108 ECUACIONES CLAVE 108 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 108 EJERCICIOS 109 EJERCICIOS ADICIONALES 115 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 116
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
4 Reacciones acuosas y estequiometría de disoluciones 118 4.1 PROPIEDADES GENERALES DE LAS DISOLUCIONES
ACUOSAS 120 Propiedades electrolíticas 120 Compuestos iónicos en agua 120
Compuestos moleculares en agua 122 Electrolitos fuertes y débiles 122
4.2 REACCIONES DE PRECIPITACIÓN 124 Reglas de solubilidad de compuestos iónicos 124 Reacciones de
intercambio (metátesis) 126 Ecuaciones iónicas 127
4.3 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
4.4 REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN 135 Oxidación y reducción 136 Números de oxidación 137 Oxidación de
metales por medio de ácidos y sales 138 La serie de actividad 140
xvi Contenido
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4.5 CONCENTRACIÓN DE DISOLUCIONES 142 Molaridad 144 Cómo expresar la concentración de un electrolito 145
Interconversión de molaridad, moles y volumen 145 Dilución 146
4.6 ESTEQUIOMETRÍA 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 acción Antiácidos 135 Un panorama 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 Termoquímica 164 5.1 LA NATURALEZA DE LA ENERGÍA 166
Energía cinética y energía potencial 166 Unidades de energía 167
Sistemas y entornos 168 Transferencia de energía: trabajo y calor 168
5.2 LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 170 Energía interna 170 Relación entre , 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 Y TÉRMINOS CLAVE 199 HABILIDADES CLAVE 200 ECUACIONES CLAVE 201 VISUALIZACIÓN DE CONCEPTOS 201 EJERCICIOS 202 EJERCICIOS ADICIONALES 207 EJERCICIOS DE INTEGRACIÓN 209
Un panorama detallado…