Moléculas • Materia• Cambioredbiblio.unne.edu.ar/pdf/0603-000034_D.pdf · 2011-01-31 · la...

Q U Í M I C A Moléculas • Materia • Cambio

T E R C E R A E D I C I Ó N

PETER ATKINS Oxford University

LORETTA JONES University of Northern Colorado

Traducción revisada y coordinada por

C L A U D I M A N S Catedrático de Ingeniería Química

Universidad de Barcelona

La edición original de esta obra ha sido publicada

en inglés con el título

CHEMISTRY: MOLECULES, MATTER AND CHANGE

Traducido por

Claudi Mans i Teixidó

Catedrático de Ingeniería Química. Universidad de Barcelona

Lidia Borrell Damián

Profesora de Ingeniería Química. Universidad de Barcelona

David Curco Cantarell

Profesor de Ingeniería Química. Universidad de Barcelona

Elisabeth Rudé i Payró Profesora de Ingeniería Química. Universidad de Barcelona

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita

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para su distribución en venta fuera del ámbito de la Unión Europa.

First published in the United States by W.H. F R E E M A N A N D C O M P A N Y ,

New York, New York and Basingstoke

Publicado en los Estados Unidos por W.H. F R E E M A N A N D C O M P A N Y ,

New York, New York and Basingstoke

© 1989 by P.W. Atkins;

© 1992 by P.W. Atkins and J.A. Beran;

© 1997 by P.W. Atkins and L.L. Jones

All rights reserved

y para la edición española

© 1998 Ediciones Omega, S.A., Barcelona

ISBN 84-282-1131-0

Depósito legal B. 26.944-1998

Printed in Spain

EGEDSA - Sabadell

Í N D I C E G E N E R A L

1 LA MATERIA 1

2 M E D I D A S Y M O L E S 41

3 R E A C C I O N E S Q U Í M I C A S : LA M O D I F I C A C I Ó N

DE LA MATERIA 81

4 E S T E Q U I O M E T R Í A DE LA R E A C C I Ó N :

LA C O N T A B I L I D A D Q U Í M I C A 123

5 LAS P R O P I E D A D E S DE L O S G A S E S 149

6 T E R M O Q U Í M I C A : EL F U E G O I N T E R N O 189

7 EN EL I N T E R I O R DEL Á T O M O 227

8 EN EL I N T E R I O R DE L O S MATERIALES:

E N L A C E S Q U Í M I C O S 277

9 F O R M A , T A M A Ñ O Y F U E R Z A DE E N L A C E

D E LAS M O L É C U L A S 3 1 5

10 MATERIALES L Í Q U I D O S Y S Ó L I D O S 353

11 MATERIALES B A S A D O S EN EL C A R B O N O 403

12 LAS P R O P I E D A D E S DE LAS D I S O L U C I O N E S 453

13 E Q U I L I B R I O Q U Í M I C O 491

14 P R O T O N E S EN T R A N S I C I Ó N : Á C I D O S Y BASES 527

15 SALES EN A G U A 561

16 E N E R G Í A EN T R A N S I C I Ó N : T E R M O D I N Á M I C A 607

17 E L E C T R O N E S EN T R A N S I C I Ó N : E L E C T R O Q U Í M I C A 645

18 C I N É T I C A : LAS V E L O C I D A D E S DE LAS R E A C C I O N E S 691

19 L O S E L E M E N T O S DE L O S G R U P O S PRINCIPALES:

I. LAS PRIMERAS FAMILIAS 741

20 L O S E L E M E N T O S DE L O S G R U P O S P R I N C I P A L E S :

II. LAS ÚLT IMAS FAMILIAS 789

21 EL B L O Q U E d : METALES DE T R A N S I C I Ó N 827

22 Q U Í M I C A N U C L E A R 873

C A J A S D E H E R R A M I E N T A S

2.1 CÓMO UTILIZAR LAS CIFRAS SIGNIFICATIVAS EN LOS CÁLCULOS 52

2.2 CÓMO CONVERTIR MOLES EN MASA Y VICEVERSA 57

2.3 CÓMO USAR LA MOLARIDAD 68

2.4 CÓMO SE CALCULA EL VOLUMEN DE SOLUCIÓN A DILUIR 70

3.1 CÓMO IGUALAR ECUACIONES QUÍMICAS 84

3.2 CÓMO DETERMINAR LOS NÚMEROS DE OXIDACIÓN 1 0 6

4.1 CÓMO REALIZAR CÁLCULOS EN MOLES PARA UNA REACCIÓN QUÍMICA 1 2 5

4.2 CÓMO REALIZAR CÁLCULOS EN MASAS 1 2 6

4.3 CÁLCULO DE LA MASA SOBRANTE DE UN REACTANTE 1 29

5.1 CAMBIOS DE LAS CONDICIONES DE UN GAS 1 5 9

5.2 CÁLCULO DEL VOLUMEN DE GAS IMPLICADO EN UNA REACCIÓN 1 6 3

6.1 CÓMO DISEÑAR UNA SECUENCIA DE REACCIONES PARA OBTENER

LA ENTALPÍA GLOBAL DE UNA REACCIÓN 2 0 9

6.2 UTILIDAD DE LAS ENTALPIAS ESTÁNDAR DE FORMACIÓN 2 1 8

8.1 CÓMO ESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE LEWIS DE ESPECIES

POLIATÓMICAS 2 8 9

9.1 CÓMO EMPLEAR EL MODELO R P E N V 3 2 3

11.1 CÓMO NOMBRAR LOS HIDROCARBUROS 41 2

11.2 CÓMO SE NOMBRAN LOS COMPUESTOS CON GRUPOS FUNCIONALES 41 9

12.1 CÓMO SE USA LA MOLALIDAD 4 7 4

13.1 CÓMO PLANTEAR Y USAR UNA TABLA DE EQUILIBRIO 5 0 6

14.1 CÓMO CALCULAR EL PH DE UN ÁCIDO DÉBIL 5 4 7

15.1 CÓMO CALCULAR EL PH DE UNA SOLUCIÓN DE ELECTRÓLITO 5 6 5

17.1 CÓMO IGUALAR ECUACIONES REDOX COMPLICADAS 6 4 7

17.2 CÓMO SE CALCULAN CONSTANTES DE EQUILIBRIO A PARTIR DE

DATOS ELECTROQUÍMICOS 6 6 5

22.1 CÓMO IDENTIFICAR LOS PRODUCTOS DE UNA REACCIÓN NUCLEAR 8 7 8

Í N D I C E D E M A T E R I A S

Prefacio xxi

Al estudiante xxxiv

1 LA MATERIA 1

LOS ELEMENTOS 2

1.1 Átomos 2

1.2 Nombres de los elementos 3

1.3 El átomo nuclear 4

R E C U A D R O 1.1 El método científico 5

R E C U A D R O 1.2 La espectrometría de masas 9

1.4 Isótopos 9

1.5 ¿De dónde provienen los elementos? 12

1.6 La tabla periódica 13

1.7 Metales, no metales y metaloides 15

C O M P U E S T O S 1 6

1.8 ¿Qué son los compuestos? 16

1.9 Compuestos moleculares 17

1 .10 Compuestos iónicos e iones 19

M E Z C L A S 2 3

1 .11 Tipos de mezclas 23

1 .12 Técnicas de separación 25

E S T U D I O D E CASOS Investigación científica sobre Marte 2 6

N O M E N C L A T U R A D E LOS C O M P U E S T O S 2 9

1 .13 Nombres de los cationes 29

1 .14 Nombres de los aniones 30

1 .15 Nombres de los compuestos iónicos 32

1 .16 Nombres de los compuestos moleculares 33

Destrezas que deben haberse adquirido 35

2 MEDIDAS Y MOLES 41

MEDIDAS Y U N I D A D E S 42

2 .1 El sistema métrico 42

2 . 2 Prefijos para las unidades 43

2 .3 Unidades derivadas 43

E S T U D I O D E CASOS Unidades y átomos en la trampa 4 4

2 .4 Conversiones de unidades 45

2 . 5 Temperatura 48

2.6 La incertidumbre en las medidas 50

CAJA DE HERRAMIENTAS 2.1 Cómo utilizar las cifras

significativas en los cálculos 52

2.7 Exactitud y precisión 53

L A S C A N T I D A D E S E N Q U Í M I C A 5 3

2.8 El mol 53

2.9 Masa molar 55

CAJA DE HERRAMIENTAS 2.2 Cómo convertir moles

en masa y viceversa 57

2.10 Medición de compuestos 58

D E T E R M I N A C I Ó N D E F Ó R M U L A S Q U Í M I C A S 6 1

2.11 Composición porcentual másica 61

2.12 Determinación de las fórmulas empíricas 63

2.13 Determinación de las fórmulas moleculares 65

D I S O L U C I O N E S E N Q U Í M I C A 6 6

2.14 Molaridad 66

C A J A D E HERRAMIENTAS 2.3 Cómo usar la molaridad 68

2.15 Dilución 69

C A J A D E HERRAMIENTAS 2.4 Cómo se calcula el volumen

de solución a diluir 70


3 REACCIONES QUÍMICAS:

LA MODIF ICACIÓN DE LA MATERIA s i E C U A C I O N E S Q U Í M I C A S Y R E A C C I O N E S Q U Í M I C A S 8 2

3.1 Cómo se simbolizan las reacciones químicas 82

3.2 Cómo igualar ecuaciones químicas 84

CAJA DE HERRAMIENTAS 3.1 Cómo igualar ecuaciones

químicas 84

R E A C C I O N E S D E P R E C I P I T A C I Ó N 8 6

3.3 Soluciones acuosas 86

3.4 Reacciones entre soluciones de electrólitos fuertes 89

3.5 Ecuaciones iónicas y ecuaciones iónicas netas 90

3.6 La precipitación y sus usos 92

L A S R E A C C I O N E S E N T R E Á C I D O S Y B A S E S 9 4

3.7 Ácidos y bases en soluciones acuosas 95

3.8 Ácidos y bases fuertes y débiles 96

3.9 Carácter ácido y básico en la tabla periódica 99

3.10 Neutralización 100

3.11 La formación de gases 102

L A S R E A C C I O N E S R E D O X 104

3.12 Oxidación y reducción 104

3.13 Números de oxidación 105

CAJA DE HERRAMIENTAS 3.2 Cómo determinar

los números de oxidación 106

3 . 1 4 Agentes oxidantes y reductores 1 0 7

R E C U A D R O 3.1 Mantenimiento de una atmósfera artificial 1 0 8

3 . 1 5 Igualación de ecuaciones redox simples 1 1 1

E S T U D I O D E CASOS De agua de río a agua potable 1 1 2

3 . 1 6 Clasificación de las reacciones 1 1 2

Destrezas que deben haberse adquirido 1 1 4

4 ESTEQUIOMETRÍA DE LA REACCIÓN:

LA CONTABIL IDAD QUÍMICA 123 C Ó M O U T I L I Z A R L A E S T E Q U I O M E T R Í A

D E U N A R E A C C I Ó N 1 2 4

4 .1 Predicciones en moles 1 2 4

CAJA DE HERRAMIENTAS 4.1 Cómo realizar cálculos

en moles para una reacción química 1 2 5

4 . 2 Predicciones en masas 1 2 6

CAJA DE HERRAMIENTAS 4.2 Cómo realizar cálculos

en masas 1 2 6

4 .3 Volumen de solución necesario para una reacción 1 2 8

CAJA DE HERRAMIENTAS 4.3 Cálculo de la masa sobrante

de un reactante 1 2 9

L O S L Í M I T E S D E U N A R E A C C I Ó N 1 3 0

4 . 4 El rendimiento de una reacción 1 3 0

4 . 5 Reactantes limitantes 1 3 2

4 .6 Análisis de la combustión 1 3 6

E S T U D I O D E CASOS Gases invernadero 1 3 8


5 LAS PROPIEDADES DE LOS GASES 149

L A N A T U R A L E Z A D E L O S G A S E S 1 5 0

5.1 Los estados de la materia 1 5 0

5.2 El carácter molecular de los gases 1 5 1

5.3 La presión 1 5 3

5.4 Unidades de presión 1 5 3

LAS LEYES D E L O S G A S E S 1 5 5

5.5 L a l e y d e B o y l e 1 5 5

5.6 La ley de Charles 1 5 6

5.7 El principio de Avogadro 1 5 8

5.8 Uso de las leyes de los gases 1 5 9

CAJA DE HERRAMIENTAS 5.1 Cambios de las condiciones

de un gas 1 5 9

5.9 La ley de los gases ideales 1 6 0

5 . 1 0 Empleo de la ley de los gases ideales para predecir 1 6 1

5 . 1 1 Volumen molar 1 6 2

CAJA DE HERRAMIENTAS 5.2 Cálculo del volumen

de gas implicado en una reacción 1 6 3

6 TERMOQUÍMICA: EL F U E G O INTERNO 1 8 9

E N E R G Í A , C A L O R Y E N T A L P Í A 1 9 0

6.1 La transferencia de energía en forma de calor 1 9 0

6 .2 Procesos exotérmicos y endotérmicos 1 9 2

6.3 La medida del intercambio de calor 1 9 3

6.4 Contabilidad térmica: la entalpia 1 9 6

6 .5 Vaporización 1 9 8

6.6 Fusión y sublimación 2 0 0

6 .7 Curvas de calentamiento 2 0 2

L A E N T A L P Í A D E L C A M B I O Q U Í M I C O 2 0 3

6.8 Las entalpias de reacción 2 0 3

6 .9 Las entalpias estándar de reacción 2 0 5

6 . 1 0 Combinación de entalpias de reacción: la ley de Hess 2 0 6

R E C U A D R O 6.1 Los recursos energéticos mundiales 2 0 8

CAJA DE HERRAMIENTAS 6.1 Cómo diseñar una secuencia

de reacciones para obtener la entalpia global

de una reacción 2 0 9

E L C A L O R C E D I D O P O R LAS R E A C C I O N E S 2 1 0

6 . 1 1 Las entalpias de combustión 2 1 0

E S T U D I O D E CASOS Alimentación y forma física 2 1 4

6 . 1 2 Las entalpias estándar de formación 2 1 6

CAJA DE HERRAMIENTAS 6.2 Utilidad de las entalpias

estándar de formación 2 1 8


7 EN EL INTERIOR DEL Á T O M O 2 2 7

O B S E R V A C I Ó N D E L Á T O M O 2 2 8

7 .1 Las características de la luz 2 2 8

7 .2 Cuantos y fotones 2 3 1

7 .3 Espectros atómicos y niveles energéticos 2 3 3

ESTUDIO DE CASOS L O S espectros de absorción 2 3 4

7.4 Las propiedades ondulatorias de los electrones 2 3 7

M O D E L O S A T Ó M I C O S 2 3 8

7.5 Orbitales atómicos 2 3 8

7.6 Números cuánticos y orbitales atómicos 2 4 0

7 .7 El espín del electrón 2 4 4

7.8 La estructura electrónica del hidrógeno 2 4 4

R E C U A D R O 7.1 El experimento de Stern-Gerlach 2 4 5

L A E S T R U C T U R A D E L O S Á T O M O S

M U LTI E L E C T R Ó N I C O S 2 4 6

7.9 Energías de los orbitales 2 4 6

7 . 1 0 El principio de construcción 2 4 8

7 . 1 1 Las configuraciones electrónicas de los átomos 2 5 0

R E C U A D R O 7 .2 El desarrollo del concepto

de la tabla periódica 2 5 2

7 . 1 2 Las configuraciones electrónicas de los iones 2 5 5

7 . 1 3 La estructura electrónica y la tabla periódica 2 5 6

L A P E R I O D I C I D A D D E L A S P R O P I E D A D E S A T Ó M I C A S 2 5 7

7 . 1 4 El radio atómico 2 5 8

7 . 1 5 El radio iónico 2 5 9

7 . 1 6 El potencial de ionización 2 6 0

7 . 1 7 El potencial de ionización y el carácter metálico 2 6 3

7 . 1 8 El efecto par inerte 2 6 3

7 . 1 9 Las relaciones diagonales 2 6 4

7 . 2 0 La afinidad electrónica 2 6 4

L A Q U Í M I C A Y L A T A B L A P E R I Ó D I C A 2 6 5

7 . 2 1 Los elementos del bloque s 2 6 5

7 . 2 2 Los elementos del bloque/? 2 6 6

7 . 2 3 Los elementos del bloque d 2 6 8


8 EN EL INTERIOR DE LOS MATERIALES:

ENLACES QUÍMICOS 2 7 7 E N L A C E S I Ó N I C O S 2 7 8

8.1 Estructuras de Lewis para átomos e iones 2 7 8

8.2 Entalpias reticulares 2 8 1

8.3 Las propiedades de los compuestos iónicos 2 8 3

E N L A C E S C O V A L E N T E S 2 8 4

8.4 De los átomos a las moléculas 2 8 4

8.5 La regla de octeto y las estructuras de Lewis 2 8 5

LAS E S T R U C T U R A S D E L A S E S P E C I E S P O L I A T Ó M I C A S 2 8 7

8.6 Estructuras de Lewis 2 8 7

CAJA DE HERRAMIENTAS 8.1 Cómo escribir la estructura

de Lewis de especies poliatómicas 2 8 9

8.7 Resonancia 2 9 1

8.8 Carga formal 293

E X C E P C I O N E S A LA R E G L A DE O C T E T O 296

8.9 Radicales y birradicales 296

8.10 Niveles de valencia expandidos 299

E S T U D I O D E CASOS Productores de contaminación 300

Á C I D O S Y B A S E S DE LEWIS 303

8.11 Las estructuras poco comunes de los haluros del grupo 13 303

8.12 Complejos ácido-base de Lewis 304

E L E N L A C E I Ó N I C O F R E N T E A L E N L A C E C O V A L E N T E 306

8.13 Correcciones al modelo covalente 306

8.14 Correcciones al modelo iónico 308


9 FORMA, TAMAÑO Y FUERZA

DE ENLACE DE LAS MOLÉCULAS 315 LAS F O R M A S D E LAS M O L É C U L A S Y L O S I O N E S 316

9.1 El modelo R P E N V 316

9.2 Moléculas sin pares solitarios en el átomo central 317

9.3 El modelo R P E N V para enlaces múltiples 318

9.4 Moléculas con pares solitarios sobre el átomo central 320

9.5 El efecto distorsionador de los pares solitarios 321

CAJA DE HERRAMIENTAS 9.1 Cómo emplear el modelo

R P E N V 323

L A D I S T R I B U C I Ó N D E C A R G A S E N LAS M O L É C U L A S 324

9.6 Enlaces polares 324

9.7 Moléculas polares 325

LAS F U E R Z A S Y L O N G I T U D E S D E L O S E N L A C E S 328

9.8 Fuerzas de enlace 328

9.9 La variación de la fuerza de enlace 329

9.10 Fuerzas de enlace en moléculas poliatómicas 330

9.11 Longitudes de enlace 332

O R B I T A L E S Y E N L A C E S 335

9.12 Enlaces sigma y pi 335

9.13 Hibridación de orbitales 337

9.14 Hibridación en moléculas complejas 339

9.15 Híbridos con orbitales d 341

9.16 Enlaces múltiples carbono-carbono 342

E S T U D I O D E CASOS Los materiales autoensamblantes 344

9.17 Características de los enlaces dobles 347


10 MATERIALES L ÍQUIDOS Y SÓLIDOS 353

F U E R Z A S I N T E R M O L E C U L A R E S 354

10.1 Fuerzas de London 354

10.2 Interacciones dipolo-dipolo 356

10.3 Enlace de hidrógeno 3 5 9

E S T R U C T U R A L Í Q U I D A 3 6 1

10 .4 Viscosidad 3 6 1

1 0 . 5 Tensión superficial 3 6 3

E S T R U C T U R A S S Ó L I D A S 3 6 4

1 0 . 6 Clasificación de los sólidos 3 6 4

1 0 . 7 Cristales metálicos 3 6 6

R E C U A D R O 10.1 Difracción de rayos X 3 6 7

10 .8 Propiedades de los metales 3 7 2

R E C U A D R O 1 0 . 2 Semiconductores 3 7 4

1 0 . 9 Aleaciones 3 7 6

E S T U D I O D E CASOS Cristales líquidos 3 7 8

1 0 . 1 0 Estructuras iónicas 3 8 0

1 0 . 1 1 Sólidos moleculares 3 8 2

1 0 . 1 2 Sólidos reticulares 3 8 3

C A M B I O S D E F A S E 3 8 5

1 0 . 1 3 Presión de vapor 3 8 5

1 0 . 1 4 Ebullición 3 8 8

1 0 . 1 5 Congelación y fusión 3 8 9

1 0 . 1 6 Diagramas de fases y curvas de enfriamiento 3 9 0

1 0 . 1 7 Propiedades críticas 3 9 3


11 MATERIALES BASADOS EN EL C A R B O N O 4 0 3

H I D R O C A R B U R O S 4 0 4

11 .1 Tipos de hidrocarburos 4 0 4

1 1 . 2 Aléanos 4 0 5

11 .3 Alquenos y alquinos 4 0 9

11 .4 Compuestos aromáticos 4 1 1

CAJA DE HERRAMIENTAS 11.1 Cómo nombrar

los hidrocarburos 4 1 2

G R U P O S F U N C I O N A L E S 4 1 3

11 .5 Alcoholes 4 1 4

11 .6 Éteres 4 1 4

1 1 . 7 Fenoles 4 1 5

11 .8 Aldehidos y cetonas 4 1 5

1 1 . 9 Ácidos carboxílicos 4 1 7

1 1 . 1 0 Aminas y amidas 4 1 8

CAJA DE HERRAMIENTAS 11.2 Cómo se nombran los

compuestos con grupos funcionales 4 1 9

I S Ó M E R O S 4 2 0

1 1 . 1 1 Isómeros estructurales 4 2 0

1 1 . 1 2 Isómeros geométricos y ópticos 4 2 2

P O L Í M E R O S 4 2 4

1 1 . 1 3 Polimerización por adición 4 2 5

1 1 . 1 4 Polimerización por condensación * 4 2 8

1 1 . 1 5 Copolímeros y materiales compuestos 4 3 2

E S T U D I O D E CASOS Polímeros conductores 4 3 4

1 1 . 1 6 Propiedades físicas 4 3 4

P O L Í M E R O S C O M E S T I B L E S 4 3 7

1 1 . 1 7 Proteínas 4 3 7

1 1 . 1 8 Carbohidratos 4 4 0

1 1 . 1 9 A D N y A R N 4 4 1


12 LAS PROPIEDADES

DE LAS D ISOLUCIONES 453 S O L U T O S Y D I S O L V E N T E S 4 5 4

12 .1 Base molecular de la disolución 4 5 4

1 2 . 2 Solubilidad 4 5 5

F A C T O R E S Q U E A F E C T A N A L A S O L U B I L I D A D 4 5 6

12 .3 Solubilidad de los compuestos iónicos 4 5 6

1 2 . 4 Solubilidad entre compuestos análogos 4 5 7

1 2 . 5 Presión y solubilidad: ley de Henry 4 5 9

E S T U D I O D E CASOS Coloides en la pastelería 4 6 0

1 2 . 6 Temperatura y solubilidad: contaminación térmica 4 6 3

¿ P O R Q U É S E D I S U E L V E N L A S S U S T A N C I A S ? 4 6 3

1 2 . 7 Entalpia de disolución 4 6 4

12 .8 Entalpias de hidratación de iones individuales 4 6 6

1 2 . 9 Solubilidad y desorden 4 6 7

P R O P I E D A D E S C O L I G A T I V A S 4 7 0

1 2 . 1 0 Medidas de concentración 4 7 0

1 2 . 1 1 Disminución de la presión de vapor 4 7 3

CAJA DE HERRAMIENTAS 12.1 Cómo se usa la molalidad 4 7 4

1 2 . 1 2 Ascenso ebulloscópico y descenso crioscópico 4 7 6

1 2 . 1 3 Osmosis 4 8 0


13 EQUIL IBRIO Q U Í M I C O 491

E Q U I L I B R I O Y C O M P O S I C I Ó N 4 9 2

13 .1 La reversibilidad de las reacciones químicas 4 9 2

1 3 . 2 La constante de equilibrio 4 9 3

13 .3 Equilibrios heterogéneos 4 9 8

13 .4 Equilibrios con gases 4 9 9

E M P L E O D E L A S C O N S T A N T E S D E E Q U I L I B R I O 5 0 0

1 3 . 5 La extensión de una reacción 5 0 0

13 .6 El sentido de avance de una reacción 5 0 3

1 3 . 7 Tablas de equilibrio 5 0 5

CAJA DE HERRAMIENTAS 13.1 Cómo plantear y usar una

tabla de equilibrio 5 0 6

LA RESPUESTA DE LOS EQUIL IBR IOS

A LOS CAMBIOS 5 1 0

13 .8 Adición y eliminación de reactivos 5 1 0

13.9 Compresión de una mezcla de reacción 512

E S T U D I O D E CASOS Lejos del equilibrio 514

13.10 Temperatura y equilibrio 514

13.11 Los catalizadores y el éxito de F. Haber 5 1 7


14 PROTONES EN TRANSICIÓN:

ÁC IDOS Y BASES 5 2 7 ¿QUÉ S O N LOS Á C I D O S Y LAS BASES? 528

14.1 Ácidos y bases de Bronsted-Lowry 528

14.2 Ácidos y bases conjugados 530

14.3 Intercambio de protones entre moléculas de agua 530

14.4 La escala de pH 532

14.5 El p O H de una solución 535

Á C I D O S Y BASES DÉBILES 536

14.6 Lquilibrios de transferencia de protón 536

14.7 Los pares conjugados 538

14.8 El importante papel del agua 5 4 1

14.9 ¿ Por qué algunos ácidos son débiles y otros fuertes? 5 4 2

14.10 Las fuerzas de los oxoácidos 5 4 3

EL pH DE LAS D I S O L U C I O N E S DE Á C I D O S

Y BASES DÉBILES 5 4 6

14.11 Disoluciones de ácidos débiles 5 4 6

CAJA DE HERRAMIENTAS 14.1 Cómo calcular el p H

de un ácido débil 5 4 7

14.12 Disoluciones de bases débiles 5 4 8

14.13 Ácidos y bases polipróticos 5 5 0

E S T U D I O DE CASOS La lluvia acida 5 5 2


15 SALES EN A G U A 5 6 1

IONES Á C I D O S Y B Á S I C O S 5 6 2

15 .1 Los iones que actúan como ácidos 5 6 2

1 5 . 2 Los iones que actúan como bases 5 6 3

1 5 . 3 El pH de las disoluciones salinas 5 6 5

CAJA DE HERRAMIENTAS 15.1 C ó m o calcular el p H

de una solución de electrólito 5 6 5

1 5 . 4 El pH de mezclas de soluciones 5 6 7

V A L O R A C I O N E S 5 6 8

1 5 . 5 Valoraciones ácido fuerte-base fuerte 5 6 8

1 5 . 6 Valoraciones ácido fuerte-base débil

y ácido débil-base fuerte 5 7 1

1 5 . 7 Los indicadores como ácidos débiles 5 7 6

D I S O L U C I O N E S R E G U L A D O R A S 5 8 0

15 .8 La acción de las disoluciones reguladoras 5 8 0

1 5 . 9 Selección de una disolución reguladora 5 8 1

1 5 . 1 0 Capacidad de regulación 5 8 5

E S T U D I O D E CASOS Quemaduras y química sanguínea 5 8 6

E Q U I L I B R I O S D E S O L U B I L I D A D 5 8 8

1 5 . 1 1 El producto de solubilidad 5 8 8

1 5 . 1 2 El efecto de ion común 5 9 1

1 5 . 1 3 Predicción de la precipitación 5 9 2

1 5 . 1 4 Disolución de precipitados 5 9 3

1 5 . 1 5 Iones complejos y solubilidades 5 9 4


16 ENERGÍA EN TRANSIC IÓN: TERMODINÁMICA 6 0 7

E L P R I M E R P R I N C I P I O D E L A T E R M O D I N Á M I C A 6 0 8

16 .1 Sistemas y entorno 6 0 8

1 6 . 2 Calor y trabajo 6 0 9

16 .3 Energía interna 6 1 0

16 .4 Transferencia de calor a volumen constante 6 1 2

1 6 . 5 Entalpia 6 1 3

E L S E N T I D O D E L C A M B I O E S P O N T Á N E O 6 1 5

16 .6 Cambio espontáneo 6 1 5

1 6 . 7 Entropía y desorden 6 1 6

16 .8 Entropías estándar 6 1 7

R E C U A D R O 16 .1 Tendiendo un puente entre

los mundos macro y micro 6 1 8

1 6 . 9 El entorno 6 2 1

1 6 . 1 0 El cambio global de entropía 6 2 3

E N E R G Í A LIBRE 6 2 4

1 6 . 1 1 Centrándose en el sistema 6 2 4

E S T U D I O D E CASOS Vida no natural 6 2 6

1 6 . 1 2 Energías libres estándar de reacción 6 2 9

1 6 . 1 3 Uso de las energías libres de formación 6 3 1

1 6 . 1 4 Energía libre y composición 6 3 2

1 6 . 1 5 Energía libre y equilibrio 6 3 4

1 6 . 1 6 El efecto de la temperatura 6 3 5


17 ELECTRONES EN TRANSIC IÓN: ELECTROQUÍMICA 6 4 5

T R A N S F E R E N C I A D E E L E C T R O N E S 6 4 6

17 .1 Semirreacciones 6 4 6

1 7 . 2 Igualación de ecuaciones redox 6 4 7

CAJA DE HERRAMIENTAS 17.1 Cómo igualar ecuaciones

redox complicadas 647

PILAS G A L V Á N I C A S 650

17.3 Ejemplos de pilas galvánicas 650

17.4 La notación de las pilas 652

17.5 Potencial de pila 653

17.6 Potencial de pila y energía libre de reacción 655

17.7 Significado de los potenciales estándar 659

17.8 La serie electroquímica 660

17.9 Potenciales estándar y constantes de equilibrio 664

17.10 La ecuación de Nernst 664

CAJA DE HERRAMIENTAS 17.2 Cómo se calculan constantes

de equilibrio a partir de datos electroquímicos 665

R E C U A D R O 17.1 Cómo funcionan los medidores de p H 666

17.11 Pilas en la práctica 667

17.12 Corrosión 669

E S T U D I O D E CASOS Fotosíntesis artificial 670

E L E C T R Ó L I S I S 674

17.13 Celdas electrolíticas 674

17.14 Potencial necesario para la electrólisis 674

17.15 Productos de la electrólisis 676

17.16 Aplicaciones de la electrólisis 678


18 CINÉTICA: LAS VELOCIDADES

DE LAS REACCIONES m C O N C E N T R A C I Ó N Y V E L O C I D A D 692

18.1 La definición de la velocidad de reacción 692

18.2 La velocidad instantánea de reacción 693

18.3 Ecuaciones cinéticas 694

18.4 Ecuaciones cinéticas más complicadas 698

18.5 Ecuaciones cinéticas integradas de primer orden 701

18.6 Vidas medias de las reacciones de primer orden 704

18.7 Reacciones de segundo orden 707

C O N T R O L DE LAS V E L O C I D A D E S DE R E A C C I Ó N 707

18.8 El efecto de la temperatura 708

18.9 Teoría de la colisión 708

18.10 Comportamiento de Arrhenius 711

18.11 Complejos activados 714

18.12 Catálisis 715

18.13 Catalizadores vivos: enzimas 717

MECANISMOS DE R E A C C I Ó N 719

18.14 Reacciones elementales 719

E S T U D I O D E CASOS Terapia farmacológica del estado anímico 720

Í

18.15 Las ecuaciones cinéticas de las reacciones elementales 723

18.16 Reacciones en cadena 726

18.17 Velocidad y equilibrio 727


19 LOS ELEMENTOS DE LOS G R U P O S PRINCIPALES: I. LAS PRIMERAS FAMILIAS 741

H I D R Ó G E N O 742

19.1 El elemento 742

19.2 Compuestos de hidrógeno 745

G R U P O 1: LOS METALES A L C A L I N O S 747

19.3 Los elementos 747

19.4 Propiedades químicas de los metales alcalinos 749

19.5 Compuestos de litio, sodio y potasio 751

G R U P O 2: LOS METALES A L C A L I N O T É R R E O S 753


19.7 Compuestos de berilio, magnesio y calcio 758

G R U P O 13: LA FAMILIA DEL B O R O 760


19.9 Óxidos del grupo 13 764

19.10 Carburos, nitruros y haluros 766

19.11 Boranos y borohidruros 767

G R U P O 14: LA FAMILIA DEL C A R B O N O 768


19.13 Los múltiples rostros del carbono 770

19.14 Silicio, estaño y plomo 773

19.15 Óxidos de carbono 774

19.16 Óxidos de silicio: los silicatos 775

E S T U D I O D E CASOS Vidrios y cerámicas 778

19.17 Carburos 781


20 LOS ELEMENTOS DE LOS G R U P O S PRINCIPALES: II. LAS ÚLTIMAS FAMILIAS 789

G R U P O 15: LA FAMILIA DEL N I T R Ó G E N O 790


20.2 Compuestos con hidrógeno y halógenos 792

20.3 Óxidos y oxoácidos de nitrógeno 794

20.4 Óxidos y oxoácidos de fósforo 796

G R U P O 16: LA FAMILIA DEL O X Í G E N O 798


20.6 Compuestos con hidrógeno 802

20.7 Óxidos y oxoácidos de azufre 804

20.8 Haluros de azufre S07

GRUPO 17: LOS HALÓGENOS 807

20.9 Los elementos SOS

20.10 Compuestos de los halógenos 811

E S T U D I O D E CASOS Combustibles de cohetes 814

GRUPO 18: LOS GASES NOBLES S16


20.12 Compuestos de los gases nobles 818


21 EL B L O Q U E d:

METALES DE TRANSICIÓN 827 LOS ELEMENTOS DEL BLOQUE d

Y SUS COMPUESTOS S28

21.1 Tendencias en las propiedades físicas 828

21.2 Tendencias en las propiedades químicas 831

21.3 Del escandio al níquel 833

21.4 Grupos 11 y 12 840

E S T U D I O D E CASOS Materiales fotoquímicos 844

COMPLEJOS DE LOS ELEMENTOS DEL BLOQUE d 847

21.5 Las estructuras de los complejos 847

21.6 Isómeros 850

TEORÍA DEL CAMPO CRISTALINO 856

21.7 Efectos de los ligandos sobre los electrones d 857

21.8 Efectos de los ligandos sobre el color 859

21.9 Estructuras electrónicas de complejos con

muchos electrones 861

21.10 Propiedades magnéticas de los complejos 863


22 QUÍMICA NUCLEAR 873

ESTABILIDAD NUCLEAR 874

22.1 Reacciones nucleares 874

22.2 Estructura nuclear y radiación nuclear 875

22.3 Desintegración nuclear 876

CAJA DE HERRAMIENTAS 22.1 Cómo identificar

los productos de una reacción nuclear 878

22.4 La pauta de estabilidad nuclear 879

22.5 Nucleosíntesis 882

RADIACTIVIDAD 884

22.6 Efectos de la radiación 885

E S T U D I O D E CASOS Medicina nuclear: reducción de riesgos 886

22.7 Medida de la radiactividad 889

22.8 La ecuación cinética de la desintegración radiactiva 890

R E C U A D R O 22.1 Uso de los isótopos radiactivos 894

E N E R G Í A N U C L E A R 896

22.9 Conversión masa-energía 896

22.10 Fisión nuclear 898

22.11 Fusión nuclear 902

22.12 La química de la energía nuclear 903


A P É N D I C E 1 I N F O R M A C I Ó N M A T E M Á T I C A A l

A Reglas algebraicas Al

B Notación científica A2

C Logaritmos A3

D Ecuaciones de segundo y tercer grado A5

E Representaciones gráficas A5

A P É N D I C E 2 D A T O S E X P E R I M E N T A L E S A 7

A Datos termodinámicos a 25°C A7

Sustancias inorgánicas A7

Compuestos orgánicos A l 3

B Potenciales estándar a 25°C A14

Potenciales por orden electroquímico A l 4

Potenciales por orden alfabético A l 5

C Configuraciones electrónicas en el estado fundamental Al 7

D Los elementos Al 8

E Los 50 productos químicos de mayor producción

industrial en los Estados Unidos de Norteamérica

en 1995 A28

A P É N D I C E 3 N O M E N C L A T U R A A30

A Iones poliatómicos A30

B Nombres comunes de productos químicos A31

C Nomenclatura de los complejos de los metales

del bloque d A32

GLOSARIO B l

RESPUESTAS C l

Autoevaluaciones B C l

Cuestiones impares de los Estudios de casos C8

Ejercicios impares C l l

CRÉDITOS DE LAS ILUSTRACIONES DI

ÍNDICE ALFABÉTICO E l

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