Capítulo 1

Química: el estudio del cambio 2

1.1 Química: una ciencia para el siglo XXI 4

1.2 El estudio de la química 7

1.3 El método científico 8

LA QUÍMICA en acción

El helio primordial y la teoría del Big-Bang 10

1.4 Clasificación de la materia 11

1.5 Los tres estados de la materia 13

1.6 Propiedades físicas y químicas de la materia 14

1.7 Mediciones 15

LA QUÍMICA en acción

La importancia de las unidades 20

1.8 El manejo de los números 21

1.9 Análisis dimensional en la resolución de problemas 27

Resumen de datos y conceptos 31

Palabras clave 31

Preguntas y problemas 31

MISTERIO de la química

La desaparición de los dinosaurios 38

Átomos, moléculas e iones 40

2.1 La teoría atómica 42

2.2 La estructura del átomo 43

2.3 Número atómico, número de masa e isótopos 49

2.4 La tabla periódica 50

LA QUÍMICA en acción

Distribución de los elementos en la Tierra y en los sistemas vivos 52

2.5 Moléculas e iones 53

2.6 Fórmulas químicas 54

2.7 Nomenclatura de los compuestos 59

2.8 Introducción a los compuestos orgánicos 68

Resumen de datos y conceptos 69

Palabras clave 70

Preguntas y problemas 70

Capítulo 3

Relaciones de masa en las reacciones químicas 76

3.1 Masa atómica 78

3.2 Número de Avogadro y masa molar de un elemento 79

3.3 Masa molecular 83

3.4 El espectrómetro de masas 86

3.5 Composición porcentual de los compuestos 86

3.6 Determinación experimental de fórmulas empíricas 90

3.7 Reacciones químicas y ecuaciones químicas 92

3.8 Cantidades de reactivos y productos 97

3.9 Reactivos limitantes 101

3.10 Rendimiento de reacción 103

LA QUÍMICA en acción

Fertilizantes químicos 104

Resumen de datos y conceptos 106

Palabras clave 107

Preguntas y problemas 107

Capítulo 4

Reacciones en disolución acuosa 118

4.1 Propiedades generales de las disoluciones acuosas 120

4.2 Reacciones de precipitación 122

LA QUÍMICA en acción

Una reacción de precipitación indeseable 126

4.3 Reacciones ácido-base 127

4.4 Reacciones oxidación-reducción 131

LA QUÍMICA en acción

Alcoholímetro 143

4.5 Concentración de las disoluciones 142

4.6 Análisis gravimétrico 148

4.7 Valoraciones ácido-base 150

4.8 Valoraciones redox 153

LA QUÍMICA en acción

Metal proveniente del mar 155

Resumen de datos y conceptos 156

Palabras clave 156

Preguntas y problemas 157

MISTERIO de la química

¿Quién asesinó a Napoleón? 166

Capítulo 5

Gases 168

5.1 Sustancias que existen como gases 170

5.2 Presión de un gas 171

5.3 Las leyes de los gases 175

5.4 Ecuación del gas ideal 181

5.5 La estequiometría de los gases 190

5.6 Ley de Dalton de las presiones parciales 192

5.7 La teoría cinética molecular de los gases 197

LA QUÍMICA en acción

El buceo y las leyes de los gases 198

LA QUÍMICA en acción

Átomos enfriados 205

5.8 Desviación del comportamiento ideal 206

Resumen de datos y conceptos 209

Palabras clave 209

Preguntas y problemas 209

MISTERIO de la química

Sin oxígeno 220

Capítulo 6

Termoquímica 222

6.1 Naturaleza y tipos de energía 224

6.2 Cambios de energía en las reacciones químicas 225

6.3 Introducción a la termodinámica 227

6.4 Entalpía de las reacciones químicas 232

LA QUÍMICA en acción

Fabricar nieve e inflar un neumático de bicicleta 233

6.5 Calorimetría 239

LA QUÍMICA en acción

Valores energéticos de los alimentos y otras sustancias 245

6.6 Entalpía estándar de formación y de reacción 246

LA QUÍMICA en acción

Cómo se defiende el escarabajo bombardero 251

6.7 Calor de disolución y de dilución 252

Resumen de datos y conceptos 254

Palabras clave 254

Preguntas y problemas 255

MISTERIO de la química

El neumático explosivo 264

Capítulo 7

Teoría cuántica y la estructura

electrónica de los átomos 266

7.1 De la física clásica a la teoría cuántica 268

7.2 El efecto fotoeléctrico 272

7.3 Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno 274

7.4 La naturaleza dual del electrón 279

LA QUÍMICA en acción

Láser: la luz esplendorosa 280

LA QUÍMICA en acción

Microscopía electrónica 283

7.5 Mecánica cuántica 283

7.6 Números cuánticos 286

7.7 Orbitales atómicos 288

7.8 Configuración electrónica 292

7.9 El principio de construcción 298

Resumen de datos y conceptos 302

Palabras clave 303

Preguntas y problemas 303

MISTERIO de la química

Descubrimiento del helio y el surgimiento y caída del coronio 312

Capítulo 8

Relaciones periódicas

entre los elementos 314

8.1 Desarrollo de la tabla periódica 316

8.2 Clasificación periódica de los elementos 318

8.3 Variaciones periódicas de las propiedades físicas 322

LA QUÍMICA en acción

¿El tercer elemento líquido? 329

8.4 Energía de ionización 329

8.5 Afinidad electrónica 333

8.6 Variación de las propiedades químicas

de los elementos representativos 335

LA QUÍMICA en acción

El descubrimiento de los gases nobles 346

Resumen de datos y conceptos 347

Palabras clave 348

Preguntas y problemas 348

Capítulo 9

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 QUÍMICA en acción

Cloruro de sodio: un compuesto iónico común e importante 365

9.4 El enlace covalente 366

9.5 Electronegatividad 369

9.6 Escritura de las estructuras de Lewis 372

9.7 Carga formal y estructura de Lewis 375

9.8 El concepto de resonancia 377

9.9 Excepciones a la regla del octeto 379

LA QUÍMICA en acción

Sólo diga NO 384

9.10 Entalpía de enlace 385

Resumen de datos y conceptos 390

Palabras clave 390

Preguntas y problemas 390

Capítulo 10

Enlace químico II: Geometría molecular

e hibridación de orbitales atómicos 398

10.1 Geometría molecular 400

10.2 Momento dipolar 409

LA QUÍMICA en acción

Los hornos de microondas: el momento dipolar en acción 412

10.3 Teoría del enlace valencia 415

10.4 Hibridación de orbitales atómicos 417

10.5 Hibridación en moléculas que contienen enlaces dobles

y triples 426

10.6 Teoría del orbital molecular 429

10.7 Configuraciones de orbitales moleculares 432

10.8 Orbitales moleculares deslocalizados 437

Resumen de datos y conceptos 439

LA QUÍMICA en acción

El buckybalón 440

Palabras clave 442

Preguntas y problemas 442

Capítulo 11

Fuerzas intermoleculares

y líquidos y sólidos 450

11.1 La teoría cinética molecular de líquidos y sólidos 452

11.2 Fuerzas intermoleculares 453

11.3 Propiedades de los líquidos 459

11.4 Estructura cristalina 462

LA QUÍMICA en acción

¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? 463

11.5 Difracción de rayos X por los cristales 469

11.6 Tipos de cristales 471

LA QUÍMICA en acción

Superconductores a altas temperaturas 476

11.7 Sólidos amorfos 476

LA QUÍMICA en acción

Y todo por un botón 478

11.8 Cambios de fase 479

11.9 Diagramas de fase 488

LA QUÍMICA en acción

Hervir un huevo en la cima de una montaña,

las ollas de presión y el patinaje sobre hielo 490

LA QUÍMICA en acción

Cristales líquidos 491

Resumen de datos y conceptos 493

Palabras clave 493

Preguntas y problemas 494

Capítulo 12

Propiedades físicas

de las disoluciones 502

12.1 Tipos de disoluciones 504

12.2 Enfoque molecular del proceso de disolución 505

12.3 Unidades de concentración 507

12.4 Efecto de la temperatura en la solubilidad 511

12.5 Efecto de la presión en la solubilidad de los gases 513

12.6 Propiedades coligativas de las disoluciones de no electrólitos 515

LA QUÍMICA en acción

El lago asesino 516

12.7 Propiedades coligativas de las disoluciones de electrólitos 528

LA QUÍMICA en acción

Desalinización 530

12.8 Coloides 530

Resumen de datos y conceptos 534

Palabras clave 534

Preguntas y problemas 534

MISTERIO de la química

El cuchillo equivocado 542

Capítulo 13

Cinética química 544

13.1 La velocidad de una reacción 546

13.2 Ley de la velocidad 553

13.3 Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo 557

LA QUÍMICA en acción

Determinación de la edad del Sudario de Turín 568

13.4 Constantes de velocidad y su dependencia

de la energía de activación y de la temperatura 568

13.5 Mecanismos de reacción 575

LA QUÍMICA en acción

Femtoquímica 580

13.6 Catálisis 581

Resumen de datos y conceptos 588

Palabras clave 589

Preguntas y problemas 589

Capítulo 14

Equilibrio químico 600

14.1 El concepto de equilibrio y la constante de equilibrio 602

14.2 Escritura de las expresiones de las constantes de equilibrio 604

14.3 Relación ente cinética química y equilibrio químico 616

14.4 ¿Qué información proporciona la constante de equilibrio? 617

14.5 Factores que afectan el equilibrio químico 623

LA QUÍMICA en acción

La vida a grandes alturas y la producción de hemoglobina 630

LA QUÍMICA en acción

El proceso Haber 631

Resumen de datos y conceptos 632

Palabras clave 632

Preguntas y problemas 633

Capítulo 15

Ácidos y bases 644

15.1 Ácidos y bases de Brønsted 646

15.2 Propiedades ácido-base del agua 647

15.3 El pH: una medida de la acidez 649

15.4 Fuerza de los ácidos y las bases 652

15.5 Ácidos débiles y la constante de ionización de un ácido 656

15.6 Bases débiles y la constante de ionización de una base 663

15.7 Relación entre las constantes de ionización de los ácidos

y sus bases conjugadas 665

15.8 Ácidos dipróticos y polipróticos 666

15.9 Estructura molecular y fuerza de los ácidos 670

15.10 Propiedades ácido-base de las sales 674

15.11 Propiedades ácido-base de los óxidos y los hidróxidos 679

15.12 Ácidos y bases de Lewis 682

LA QUÍMICA en acción

Antiácidos y el balance del pH en el estómago 684

Resumen de datos y conceptos 686

Palabras clave 686

Preguntas y problemas 686

MISTERIO de la química

La descomposición de los papeles 694

Capítulo 16

Equilibrios ácido-base y equilibrios

de solubilidad 696

16.1 Comparación entre los equilibrios homogéneo

y heterogéneo en disolución 698

16.2 Efecto del ion común 698

16.3 Disoluciones amortiguadoras 701

LA QUÍMICA en acción

Mantenimiento del pH de la sangre 706

16.4 Valoraciones ácido-base 708

16.5 Indicadores ácido-base 716

16.6 Equilibrios de solubilidad 718

16.7 Separación de iones por precipitación fraccionada 725

16.8 El efecto del ion común y la solubilidad 727

16.9 El pH y la solubilidad 728

16.10 Los equilibrios de iones complejos y la solubilidad 731

LA QUÍMICA en acción

¿Cómo se forma un cascarón de huevo 737

16.11 Aplicación del principio del producto de solubilidad

al análisis cualitativo 737

Resumen de datos y conceptos 739

Palabras clave 740

Preguntas y problemas 740

MISTERIO de la química

Un duro bocadillo 748

Capítulo 17

Química en la atmósfera 750

17.1 La atmósfera terrestre 752

17.2 Los fenómenos en las capas externas de la atmósfera 755

17.3 Disminución del ozono en la estratosfera 757

17.4 Los volcanes 762

17.5 El efecto invernadero 763

17.6 La lluvia ácida 767

17.7 El esmog fotoquímico 771

17.8 Contaminación doméstica 773

Resumen de datos y conceptos 776

Palabras clave 776

Preguntas y problemas 776

Capítulo 18

Entropía, energía libre y equilibrio 782

18.1 Las tres leyes de la termodinámica 784

18.2 Los procesos espontáneos 784

18.3 Entropía 785

18.4 La segunda ley de la termodinámica 790

LA QUÍMICA en acción

La eficiencia de las máquinas térmicas 796

18.5 La energía libre de Gibbs 796

18.6 La energía libre y el equilibrio químico 803

LA QUÍMICA en acción

La termodinámica de una liga 807

18.7 La termodinámica en los sistemas vivos 808

Resumen de datos y conceptos 809

Palabras clave 810

Preguntas y problemas 810

Capítulo 19

Electroquímica 818

19.1 Reacciones redox 820

19.2 Celdas electroquímicas 823

19.3 Potenciales estándar de reducción 825

19.4 Espontaneidad de las reacciones redox 831

19.5 Efecto de la concentración sobre la fem de la celda 834

19.6 Baterías 839

LA QUÍMICA en acción

Energía bacteriana 843

19.7 Corrosión 844

19.8 Electrólisis 848

LA QUÍMICA en acción

Molestia producida por las amalgamas dentales 853

Resumen de datos y conceptos 854

Palabras clave 855

Preguntas y problemas 855

MISTERIO de la química

Agua sucia 864

Capítulo 20

Metalurgia y la química

de los metales 866

20.1 Abundancia de los metales 868

20.2 Procesos metalúrgicos 868

20.3 Teoría de las bandas de conductividad 876

20.4 Tendencias periódicas de las propiedades metálicas 878

20.5 Los metales alcalinos 879

20.6 Los metales alcalinotérreos 883

20.7 Aluminio 885

LA QUÍMICA en acción

Reciclado de aluminio 888

Resumen de datos y conceptos 888

Palabras clave 889

Preguntas y problemas 889

Capítulo 21

Elementos no metálicos

y sus compuestos 894

21.1 Propiedades generales de los no metales 896

21.2 Hidrógeno 896

LA QUÍMICA en acción

Hidrógeno metálico 901

21.3 Carbono 902

LA QUÍMICA en acción

Gas sintético a partir del carbón 905

21.4 Nitrógeno y fósforo 906

LA QUÍMICA en acción

Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo 913

21.5 Oxígeno y azufre 914

21.6 Los halógenos 921

Resumen de datos y conceptos 928

Palabras clave 929

Preguntas y problemas 929

Capítulo 22

Química de los metales de transición

y compuestos de coordinación 934

22.1 Propiedades de los metales de transición 936

22.2 La química del hierro y del cobre 939

22.3 Compuestos de coordinación 940

22.4 Estructura de los compuestos de coordinación 946

22.5 El enlace en los compuestos de coordinación: teoría del campo

cristalino 949

22.6 Reacciones de los compuestos de coordinación 955

22.7 Aplicaciones de los compuestos de coordinación 955

LA QUÍMICA en acción

Compuestos de coordinación en los sistemas vivos 956

LA QUÍMICA en acción

Cisplatino: el medicamento anticancerígeno 958

Resumen de datos y conceptos 959

Palabras clave 960

Preguntas y problemas 960

MISTERIO de la química

Datación de pinturas con el azul de Prusia 964

Capítulo 23

Química nuclear 966

23.1 La naturaleza de las reacciones nucleares 968

23.2 Estabilidad nuclear 970

23.3 Radiactividad natural 975

23.4 Transmutación nuclear 978

23.5 Fisión nuclear 981

LA QUÍMICA en acción

El reactor de fisión nuclear de la naturaleza 986

23.6 Fusión nuclear 987

23.7 Aplicaciones de los isótopos 989

23.8 Efectos biológicos de la radiación 991

LA QUÍMICA en acción

Irradiación de los alimentos 993

Resumen de datos y conceptos 994

Palabras clave 994

Preguntas y problemas 994

MISTERIO de la química

El arte de la falsificación en el siglo XX 1000

Capítulo 24

Química orgánica 1002

24.1 Clases de compuestos orgánicos 1004

24.2 Hidrocarburos alifáticos 1004

LA QUÍMICA en acción

Hielo que se quema 1016

24.3 Hidrocarburos aromáticos 1017

24.4 Química de los grupos funcionales 1020

LA QUÍMICA en acción

La industria del petróleo 1026

Resumen de datos y conceptos 1029

Palabras clave 1029

Preguntas y problemas 1029

MISTERIO de la química

La desaparición de huellas digitales 1036

Capítulo 25

Polímeros orgánicos sintéticos

y naturales 1038

25.1 Propiedades de los polímeros 1040

25.2 Polímeros orgánicos sintéticos 1040

25.3 Proteínas 1045

LA QUÍMICA en acción

Anemia de células falciformes: una enfermedad molecular 1052

25.4 Ácidos nucleicos 1054

LA QUÍMICA en acción

Huella digital del DNA 1057

Resumen de datos y conceptos 1058

Palabras clave 1058

Preguntas y problemas 1058

MISTERIO de la química

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 los gases A-7

Apéndice 3 Datos termodinámicos a 1 atm y 25°C A-8

Apéndice 4 Operaciones matemáticas A-13

Glosario G-1

Respuestas a problemas pares AP-1

Créditos C-1

Índice I-1