Quimica.inorganica

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Quimica.inorganica

  1. 1. Francisco Higinio Recio del Bosque Universidad Autónoma de Coahuila QUÍMICA INORGÁNICA B A C H I L L E R A T O C u a r t a e d i c i ó n MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO SAO PAULO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI SAN FRANCISCO • SINGAPUR • ST. LOUIS • SIDNEY • TORONTO Revisión técnica M. en Q. Ana María Muttio Rico Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Qu´ímica 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd i00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd i 4/20/12 12:31:50 PM4/20/12 12:31:50 PM
  2. 2. Publisher: Jorge Rodríguez Hernández Director editorial: Ricardo Martín Del Campo Editor sponsor: Luis Amador Valdez Vázquez Asistencia editorial: Anastacia Rodríguez Castro Supervisor de producción: Jacqueline Brieño Álvarez Diseño de interiores: APHIK, S.A de C.V. Diseño de portada: José Palacios Hernández Diagramación: Visión Tipográfica Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor. DERECHOS RESERVADOS © 2008, 2005, 2001, 1996 respecto a la cuarta edición en español por: McGRAW-HILL / INTERAMERICANA EDITORES S.A. DE C.V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Punta Santa Fe Prolongación Paseo de la Reforma 1015 Torre A, piso 17 Colonia Desarrollo Santa Fe Delegación Álvaro Obregón C.P. 01376, México D.F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736 ISBN 13: 978-970-10-6406-1 ISBN 10: 970-10-6406-2 ISBN Edición anterior: 970-10-5083-5 1234567890 09765432108 Impreso en China Printed in China QUÍMICA INORGÁNICA C u a r t a e d i c i ó n 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd ii00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd ii 4/20/12 12:31:50 PM4/20/12 12:31:50 PM
  3. 3. Este libro está dedicado a: Francisco Daniel Mariana Diego Alberto David Abraham Ana Karina 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd iii00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd iii 4/20/12 12:31:51 PM4/20/12 12:31:51 PM
  4. 4. iv En esta cuarta edición de Química inorgánica se satisfacen, en gran por centaje, los contenidos programáticos de la disciplina en el nivel medio superior de los diferen- tes subsistemas educativos, no sólo de México, sino de los países de habla hispana, principalmente los latinoamericanos. Desde siempre, la intención ha sido que los estudiantes apr ecien la química, no sólo en forma teórica, alejada de su realidad, sino que sean conscientes de que es una ciencia sumamente vinculada a su vida cotidiana. Con este trabajo no se pr etende formar “químicos”, lo que se busca es cr ear in- dividuos que tengan conciencia de su entorno, tanto ar tificial como natural, y que aprecien los conocimientos que se muestran como herramienta v aliosa en la satis- facción de sus necesidades presentes y futuras, sin olvidar a las generaciones que nos van a preceder. Los conocimientos que conforman lo que llamamos humanidades son tan impor- tantes como los que se adquieren por medio de las ciencias, y en su conjunto permi- tirán al alumno tener una visión más amplia de la realidad que vive, para convertirse en un mejor individuo para sí mismo, su familia y para la sociedad de la cual es parte, la que además, construye. En Química orgánica los conocimientos referidos a la materia se presentan en seis unidades cuyos contenidos teóricos están íntimamente relacionados con la vida co- tidiana mediante lecturas, laboratorios, conceptos nuevos, experiencias y ejercicios, con todo ello el estudiante advertirá el grado de comprensión de los conocimientos que va obteniendo a lo largo del curso. Cada tema inicia con un mapa conceptual, para que anticipadamente se adviertan las ideas relevantes de su contenido. Es preciso mencionar que la práctica enseñanza-aprendizaje se fortalece mediante la interacción docente-alumno cuando se cuestionan y analizan los conocimientos para profundizar en ellos y enriquecerlos y así lograr el éxito en esta materia. Agradeceré sobremanera las obser vaciones y/o comentarios que pr ofesores y alumnos consideren útiles para mejorar el pr esente trabajo, favor de dirigirlos a: yrm15152@mail.uadec.mx Francisco Higinio Recio del Bosque Saltillo, Coahuila, octubre de 2007 Presentación 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd iv00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd iv 4/20/12 12:31:51 PM4/20/12 12:31:51 PM
  5. 5. v Francisco H. Recio del Bosque nació en la ciudad de Sal- tillo, Coahuila, y su infancia transcurrió en la congr ega- ción de Jamé, enclavada en la Sierra de Arteaga, Coahuila. Se graduó como profesor de Educación Primaria en la Es- cuela Normal de Coahuila, ejerciendo su profesión en la Alta Tarahumara de Chihuahua. Es graduado como Maes- tro en Educación Media y Normal en la Escuela Normal Superior de Monterrey, Nuevo León, en la especialidad de Física y Química. Ha sido docente durante más de 30 años en escuelas secundarias y de bachillerato impartiendo matemáticas, física y química. Ha sido presidente de academias de química locales y regionales en los niveles medio básico y superior y desempeñando puestos admi- nistrativos como subdirector en el nivel medio básico y dir ector en el nivel medio superior, además de haber sido Coordinador de la Unidad Saltillo de la Universidad Autónoma de Coahuila, lo que le ha permitido, sin abandonar la docencia, escribir libros de química para los tr es grados de secundaria y los de química inorgánica, orgánica y general para bachillerato. Su pasión por la enseñanza de la química, ubicándola como par te de la vida co- tidiana, más allá de la química teórica, le ha pr esentado la oportunidad de escribir varias obras de esta disciplina editadas por McGraw-Hill Interamericana Editores. Su pasatiempo consiste en cultivar en un huerto familiar, árboles frutales y verdu- ras diversas, dedicado a su esposa, hijos y nietos, además de tocar la armónica como aficionado. Acerca del autor 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd v00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd v 4/20/12 12:31:52 PM4/20/12 12:31:52 PM
  6. 6. vi UNIDAD 1 Objeto de estudio de la química 2 1.1 Química: una ciencia interdisciplinaria 6 Definición de química 6 División de la química 6 Relación con otras ciencias 7 Importancia y campo de acción de la química 7 Manos a la obra La química en la industria 9 Lectura La protección de la capa de ozono 11 1.2 Materia 11 Concepto de materia 11 Otras formas de la materia 16 Propiedades de la materia 17 Clasificación y composición de la materia 18 Manos a la obra Características de los elementos, los compuestos y las mezclas 25 1.3 Energía 27 La energía y su relación con los cambios 27 Conservación 31 Manos a la obra ¿Qué ocurre cuando una vela se quema? 35 Lectura Compuestos químicos naturales contra productos sintéticos 36 UNIDAD 2 Estructura atómica y tabla periódica 40 2.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos 42 Estructura básica del átomo 43 Partículas subatómicas fundamentales 43 Modelo atómico de Dalton 44 Modelo atómico de Thomson 47 Modelo atómico de Rutherford 47 Modelo atómico de Bohr 48 Modelo atómico de Sommerfeld 55 Lectura Los monitores para TV y computadoras y las luces de neón 46 Manos a la obra Espectros de emisión 56 2.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuánticos 57 Principio de dualidad 58 Principio de incertidumbre 58 Principio de Shrödinger 58 Contenido 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd vi00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd vi 4/20/12 12:31:52 PM4/20/12 12:31:52 PM
  7. 7. vii Principio de Dirac 59 Números cuánticos 59 Número cuántico principal 59 Número cuántico por forma 60 Número cuántico por orientación o magnético 63 2.3 Configuraciones electrónicas 66 Principio de Aufbau 66 Estructuras de Lewis 71 2.4 Tabla periódica 73 Símbolos químicos 73 Número atómico 75 Número de masa 77 Isótopos 80 Desarrollo de la tabla periódica 82 Lectura Cuentos de isótopos 82 Manos a la obra Distribución electrónica 85 2.5 Principales familias de elementos 94 Metales alcalinos 96 Metales alcalinotérreos 97 Halógenos 100 Gases raros 101 Metales de transición 102 Metales de transición interna 102 Metaloides 102 Lectura Los fluoruros y la caries dental 107 UNIDAD 3 Enlace químico: modelos de enlaces e interacciones intermoleculares 112 3.1 Enlace químico 114 Regla del octeto 115 Representación de enlaces con estructura de Lewis 117 Enlace iónico 117 Enlace covalente 121 Enlace por coordinación 129 Enlace metálico 131 Manos a la obra El enlace de los compuestos 124 Lectura El brócoli, ¿un alimento milagroso? 127 3.2 Enlace molecular 133 Atracciones de Van der Waals 133 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd vii00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd vii 4/20/12 12:31:53 PM4/20/12 12:31:53 PM
  8. 8. viii Puente de hidrógeno 134 Propiedades asociadas al puente de hidrógeno 135 Nuevos materiales 137 Lectura Origen del horno de microondas 137 Lectura Los fullerenos 139 UNIDAD 4 Nomenclatura de compuestos químicos inorgánicos 142 4.1 Fórmula química 144 Fórmulas condensadas y desarrolladas 146 Lectura El dióxido de silicio: componente importante en la corteza terrestre 147 4.2 Funciones químicas inorgánicas 148 Óxidos básicos 148 Óxidos ácidos o anhídridos 151 Hidróxidos 154 Ácidos (oxiácidos) 155 Ácidos (hidrácidos) 158 Sales (oxisales) 158 Sales (haloides) 160 Sales ácidas 161 Hidruros 162 Lectura No hay motivos para reír 153 Manos a la obra Antiácidos 167 Lectura ¿Cómo se inflan las bolsas de aire? 168 UNIDAD 5 Reacciones químicas 172 5.1 Reacciones químicas 174 Definición 177 Tipos de reacciones 179 Representación mediante ecuaciones 179 Clasificación general de las reacciones químicas 180 Reacciones termoquímicas 183 Elementos de termoquímica 183 Velocidad de reacción, definición y factores que la afectan 187 Lectura Consumismo y desarrollo sostenible 176 Manos a la obra Reacciones químicas 177 Manos a la obra Acción de las enzimas 189 Lectura ¿Envejecemos por oxidación? 190 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd viii00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd viii 4/20/12 12:31:53 PM4/20/12 12:31:53 PM
  9. 9. ix 5.2 Balanceo de ecuaciones químicas 190 Definición 191 Método de aproximaciones o tanteo 191 Método redox 196 Método algebraico 202 Lectura El lanzamiento del transbordador espacial 199 Manos a la obra Tipos de reacciones químicas 203 Lectura Fertilizantes producidos por los rayos 205 UNIDAD 6 Estequiometría 208 6.1 Estequiometría 210 Leyes fundamentales 210 6.2 Cálculos estequiométricos 219 Composición porcentual 219 Fórmulas empíricas 224 Fórmulas moleculares 224 Fórmula real 225 Relaciones ponderales 229 Relaciones volumétricas 234 Porcentaje de rendimiento 237 Lectura El alcohol metílico: ¿combustible con futuro? 238 6.3 Normalización de volúmenes 239 Ley de Boyle 239 Ley de Charles 240 Ley de Gay-Lussac 241 Ley general de los gases 244 6.4 Contaminación del aire 245 Componentes más importantes del aire 245 Efecto invernadero y calentamiento global del planeta 246 Inversión térmica 247 Esmog 247 Lluvia ácida 247 Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (Imeca) 248 Lectura Contaminación del agua 249 Manos a la obra Ley de Boyle 250 Glosario 255 Bibliografía 260 Índice 261 00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd ix00-RECIO_QUIMICA_INORG_PRELIM.indd ix 4/20/12 12:31:53 PM4/20/12 12:31:53 PM
  10. 10. Unidad 1 Objeto de estudio de la química Contenido ¿Cuánto sabes? 1.1 Química: una ciencia interdisciplinaria Manos a la obra La química en la industria Lectura La protección de la capa de ozono 1.2 Materia Manos a la obra Características de los elementos, los compuestos y las mezclas 1.3 Energía Manos a la obra ¿Qué ocurre cuando una vela se quema? Lectura Compuestos químicos naturales contra productos sintéticos Actividades Lo que aprendí Es indispensable conocer el mundo que nos rodea, ya que al estar conectados con la naturaleza, debemos ser conscientes de lo que le hacemos, pues nos lo hacemos a nosotros mismos. En este conocimiento contribuye enormemente la química. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 201-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2 4/20/12 12:24:53 PM4/20/12 12:24:53 PM
  11. 11. Objetivo de la unidad El estudiante identificará, de manera crítica y cooperativa, el objeto de estudio de la química y su relación con otras ciencias, mediante el reconocimiento de problemáticas de la sociedad actual que involucren el uso de las propiedades de la materia, la energía y su interrelación. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 301-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3 4/20/12 12:25:00 PM4/20/12 12:25:00 PM
  12. 12. 4 Introducción El conjunto de todos los seres y hechos que nos rodean forman lo que se llamanatu- raleza; estos hechos que obser vamos alrededor no se dan aislados y constituy en un campo de estudio de ciencias que se r elacionan entre sí. Estas ciencias r eciben el nombre de ciencias naturales y son principalmente: biología, física, química y astro- nomía. La química es, pues, una ciencia natural. Podemos definir a la ciencia como un conjunto sistematizado de conocimientos ordenados lógicamente, que se refieren a hechos relacionados entre sí, que se pueden comprobar mediante la experimentación, el uso de aparatos o de las matemáticas y que conducen a la verdad relativa. Los conocimientos que conforman una ciencia se logran mediante un pr oceso llamado método científico. El primer paso de este método es la observación, que consiste en recolectar información acerca de un problema mediante la utilización de los sentidos; luego, se pr opone una hipótesis, que es una posible explicación de lo observado. La hipótesis constituye el segundo paso y para saber si es correcta se debe probar mediante la experimentación; este tercer paso consiste en repetir lo observado. Los científicos aceptan las hipótesis que han sido comprobadas mediante experimen- tos y rechazan aquellas cuya comprobación experimental es insostenible. La organización de los conocimientos así logrados se llama teoría. Una teoría es una explicación basada en muchas obser vaciones y apoyada por los r esultados de muchos experimentos (figura 1.1). En esta unidad aprenderemos cómo se relaciona la química con otras ciencias; en qué forma satisface nuestras necesidades, las propiedades mediante las cuales se pue- den identificar los tipos de materia, así como la clasificación básica de ésta y la rela- ción entre materia y energía. Una ley científica es un hecho de la naturaleza que se observa con tanta frecuencia que se acepta como verdad. La palabra y su raíz ciencia Scientia (latín) conocimiento. Conjunto de métodos y técnicas para adquirir y organizar conocimientos sobre un cúmulo de fenómenos objetivos. 1. ¿Qué entiendes por química? 2. Escribe tres ejemplos de cómo influye la química en tu vida diaria. 3. ¿Qué entiendes por materia? 4. ¿Cuáles son los estados de agregación molecular de la materia? 5. ¿Cuáles ciencias se relacionan para dar lugar a la bioquímica? 6. ¿Es correcta la expresión “el agua, el líquido elemento”? ¿Por qué? 7. ¿Cuál es el concepto de energía? 8. ¿Qué entiendes por energía limpia? ¿Cuánto sabes? 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 401-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 4 4/20/12 12:25:07 PM4/20/12 12:25:07 PM
  13. 13. Figura 1.1 Los métodos de la ciencia Los científicos realizan una serie de observaciones que los llevan a varias hipótesis. Cada hipótesis debe comprobarse a través de un sinnúmero de experimentos. Si los resultados experimentales no son acordes con la hipótesis, nuevas observaciones conducirán a otras hipótesis. La hipótesis que se apoya en muchos experimentos se convierte en una teoría, la cual explica un hecho o fenómeno natural. La palabra y su raíz química Κηεμεια (griego) relativo a los jugos o esencia de las cosas. Ciencia natural que estudia la materia, su estructura, propiedades y transformación a nivel atómico, molecular y macromolecular. Observación Observación Observación Hipótesis Experimento Experimento Experimento Teoría Tiempo y más experimentos Teoría revisada Revisión de hipótesis Tantas veces como sea necesario ¿Por qué estudiar química? Aunque en tu futuro profesional no consideres a la química como algo fundamental, esta ciencia estará presente en tu vida diaria. Por ejemplo, alguna vez te has pregun- tado: ¿de qué material es el envase de un refresco y de dónde proviene? Al desecharlo, ¿cómo afecta a la naturaleza? ¿Por qué ya no deben utilizarse compuestos de plomo en las gasolinas y cuál es el efecto de este metal tanto en vegetales como en animales? ¿Qué es y de dónde proviene el material con que se fabrican algunos platos “irrom- pibles” y otros enseres de cocina? ¿Cuál es la utilidad de algunos disolv entes y por qué debe controlarse su venta? ¿Por qué algunas prendas de vestir, al contacto con el fuego se “funden” y otras se “queman”? ¿Por qué no se descomponen los alimentos que se guardan en envases cerrados herméticamente? ¿Por qué es benéfico para la agricultura el uso de insecticidas y fer tilizantes y cuál es el riesgo cuando se aplican de forma indiscriminada? E l sodio y el clor o son elementos tó xicos; sin embargo, ¿por qué la sal de cocina, formada de la unión de estos elementos es una sustancia indispensable para nuestro organismo? El carbono, el hidrógeno y el oxígeno forman la aspirina y el azúcar de mesa, ¿por qué no puedes usar la primera para endulzar una bebida o tomar una cucharada de azúcar para el dolor de cabeza? La lista de preguntas es interminable. Al estudiar química comprenderás el mun- do que te r odea, y aprenderás que el uso de las sustancias químicas pr oporciona grandes beneficios a la humanidad, así como los riesgos que conlleva. 55 ¿Por qué estudiar química? 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 501-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 5 4/20/12 12:25:07 PM4/20/12 12:25:07 PM
  14. 14. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 6 Definición de química La química es la ciencia que estudia la materia, su estr uctura íntima, sus cambios, sus relaciones con la energía, las leyes que rigen esos cambios y esas relaciones. De acuerdo con lo anterior, admitimos que la química estudia cómo está formada la materia y sus transformaciones; ahora bien, debido a que lo que nos rodea está constitui- do de materia, resulta que el universo es objeto de estudio de esta ciencia. No hay otra rama de la ciencia que tenga un campo de estudio tan amplio como la química, y al analizar el campo de estudio de otras ramas del saber, encontraremos que la química tiene una estrecha relación con cualquier ciencia en particular. División de la química Como se indicó anteriormente, el campo de estudio de la química es muy amplio y, por tanto, resulta imposible que alguien posea todos los conocimientos que consti- tuyen esta ciencia. Esta razón y otras de carácter didáctico determinan que la quími- ca se divida en varias ramas, las que comúnmente son: • Química general Esta rama trata de los principios básicos que se refieren a la es- tructura íntima de los cuerpos y sus propiedades. Se relaciona estrechamente con la física. • Química inorgánica Su campo de estudio se refiere a las sustancias que forman el reino mineral. No estudia los componentes del carbono a ex cepción de los compuestos oxigenados de este elemento. • Química orgánica Estudia los compuestos del carbono. Se llama orgánica ya que todos los compuestos orgánicos contienen en sus moléculas átomos de carbono. se divide en Energía CambiosComposición Materia Alimentación Vestido Habitación Salud Transporte Química analítica Matemáticas Biología Física Astronomía Geología Química orgánica Química inorgánica Química general Química su y sus provocados por que satisface necesidades de se relaciona conestudia la Mapa conceptual 1.1 1.1 Química: una ciencia interdisciplinaria 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 601-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 6 4/20/12 12:25:07 PM4/20/12 12:25:07 PM
  15. 15. • Química analítica Comprende los métodos de reconocimiento y determinación de los constituyentes de los compuestos, tanto en su calidad (análisis cualitativo) como en su cantidad (análisis cuantitativo). • Fisicoquímica Comprende las leyes básicas de la química, así como las hipótesis y teorías que se emplean para explicarlas. • Bioquímica Su campo se refiere a los procesos químicos que ocurren en los seres vivos. Hay otros campos más concretos de aplicación de la química, como la termoquí- mica, la electroquímica, la cinética química, etcétera. Relación con otras ciencias La relación de la química con otras ciencias da origen a ciencias intermedias que le sirven de enlace, como se especifica en la figura 1.2. Además, hay muchas otras ciencias que tienen que v er con la química, como la medicina, la agricultura, la oceanografía, la ingeniería y las matemáticas; esta última, debido a que el lenguaje matemático es empleado para r epresentar las ecuaciones químicas, efectuar cálculos y, en general, para interpretar sus leyes. BioquímicaBiología FísicoquímicaFísica Geología Astronomía Astroquímica Geoquímica Transformaciones químicas que ocurren en los seres vivos: digestión, crecimiento, etcétera Efectos de la energía sobre la materia. Estudio del átomo Cambios químicos ocurridos en las rocas, en las diferentes eras geológicas Estructuras y constitución de los astros Química Importancia y campo de acción de la química Gracias a la aplicación científica de la química se han obtenido millares de sustancias que el hombre ha creado para su bienestar; por ejemplo, una ayuda poder osa para nuestro sustento ha sido la fabricación de abonos ar tificiales y productos químicos que incrementan la cantidad y calidad de los alimentos, así como su conservación y 77 1.1 Química: una ciencia interdisciplinaria Figura 1.2 Relación de la química con otras ciencias. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 701-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 7 4/20/12 12:25:07 PM4/20/12 12:25:07 PM
  16. 16. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 8 utilización; también contribuye a nuestro vestido al proporcionar fibras artificiales que sustituyen la demanda de fibras vegetales y animales que, como el algodón y la seda, casi han sido desplazadas. Asimismo, favorece nuestra salud al suministrar dr ogas y medicamentos que, como las vitaminas y hormonas, quinina, sulfamidas, penicilina, anestésicos y desin- Investiga Escribe ejemplos de productos que satisfagan tus necesidades de: a) alimentación, b) vestido, c) habitación, d) salud y e) transporte. Agrícola Figura 1.3 La química está presente en la gran mayoría de las industrias. Papelera Alimentaria Metalúrgica Electrónica Industria del vidrio Textil Petroquímica 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 801-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 8 4/20/12 12:25:07 PM4/20/12 12:25:07 PM
  17. 17. La química en la industria 99 1.1 Química: una ciencia interdisciplinaria fectantes, salvan y prolongan la vida humana al combatir y alejar la enfermedad, aliviar el dolor y los sufrimientos de los infortunados y, por último, hace más fácil y agradable la vida, al facilitarnos materiales de construcción, comunicación, transpor- te y la fabricación de gran número de productos que utilizamos diariamente. La química es la base de casi 100% de industrias como la agrícola y ganadera, del papel, de los alimentos, metalúrgica, electr ónica, el vidrio, textil, farmacéutica, pe- troquímica y muchas otras más (figura 1.3). En la siguiente lista de productos escribe el nombre de la in- dustria que los produce (en algunos casos puedes mencionar más de una industria). a) Cartón: _________________________________ _______________________________________ b) Oro químicamente puro: _____________________ _______________________________________ c) Computadoras: ____________________________ _______________________________________ d) Fibra óptica: ______________________________ _______________________________________ e) Aspirina: ________________________________ _______________________________________ f) Fertilizantes: ______________________________ _______________________________________ g) Poliéster: ________________________________ _______________________________________ h) Lubricantes: ______________________________ _______________________________________ i) Fibra de algodón para prendas de vestir: __________ _______________________________________ j) Botellas: ________________________________ _______________________________________ k) Sustancias para teñir telas: ____________________ _______________________________________ l) Parabrisas: _______________________________ _______________________________________ m) Calculadoras: _____________________________ _______________________________________ n) Acero: __________________________________ _______________________________________ ñ) Leche condensada: _________________________ _______________________________________ o) Celofán: _________________________________ _______________________________________ p) Alimentos balanceados: ______________________ _______________________________________ q) Vacunas: ________________________________ _______________________________________ r) Mercurio para termómetros: ___________________ _______________________________________ Manos a la obra 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 901-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 9 4/20/12 12:25:13 PM4/20/12 12:25:13 PM
  18. 18. Como podrás apreciar, la química existe en nuestr o entorno y juega un papel preponderante en nuestra calidad de vida. Sin embargo, en ocasiones hay imprevis- tos que nos pueden perjudicar. A continuación mencionamos algunos ejemplos. DDT, dicloro-difenil-tricloroetano El ddt es un famoso y potente plaguicida que se utiliz ó para comba- tir plagas agrícolas y domésticas durante los años sesenta y a princi- pios de los setenta del siglo pasado. Es un compuesto muy estable que dura por lo menos ocho años en el ambiente. No obstante, al acumularse en los tejidos grasos es fatal para diversas clases de aves y peces y resulta altamente tóxico para el ser humano. Se han celebrado acuer dos internacionales para eliminar por completo su empleo; por ello, se r ealizan experimentos para susti- tuirlos por otros insecticidas menos tóxicos. CFCs, clorofluorocarbonos Con el nombre de freón se conoce a los compuestos gaseosos de metanos y etanos que contienen flúor y cloro, es decir, son los clorofluorocarbonos (cfcs), los cuales se han empleado para impulsar sustancias que se encuentran en latas que pro- ducen aerosoles con sólo apretar una pequeña válvula. Como ejemplo podemos citar perfumes, lacas, aromatizantes de ambiente, insecticidas, etcétera. Los clor ofluoro- carbonos se licuan fácilmente y por ello también se emplean en refrigeradores y sis- temas de aire acondicionado. Como puedes apreciar, son relativamente útiles; no obstante, a últimas fechas se ha sabido que son peligrosos porque destruyen las moléculas de ozono, un gas formado por moléculas que contienen tres átomos de oxígeno (O3), en lugar de dos (O2), com- puesto indispensable para la vida, ya que forma una capa pr otectora que existe en la atmósfera alta y que absorbe la may or parte de la radiación ultravioleta (uv) pr ove- niente del Sol. Figura 1.4 El fue un insecticida muy utilizado en los años sesenta del siglo pasado; sin embargo, fue prohibido a partir de 1972 por su gran potencial contaminante. Figura 1.5 El ozono (O3) es un alótropo del oxígeno que constituye una barrera contra los rayos , dañinos para la vida, y forma una capa en la atmósfera terrestre. Sin embargo, el uso indiscriminado de clorofluorocarbonos ha provocado el rompimiento de la capa de ozono, lo cual pone en riesgo la vida del planeta. En la ilustración se muestra el “agujero” en la capa de ozono situado sobre la Antártida. ¿Sabías que...? El uso del se prohibió desde 1972. A la fecha su utilización está rigurosamente controlada, y se restringe al combate de insectos que producen enfermedades al hombre como el paludismo, el tifo y el dengue. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 10 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1001-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 10 4/20/12 12:25:13 PM4/20/12 12:25:13 PM
  19. 19. La protección de la capa de ozonoLectura 11 Figura 1.6 La mayoría de los refrigeradores actuales ya usan sustancias alternas a los , que además de ser más eficientes, no dañan la capa de ozono. La destrucción de la capa de oz ono es extremadamente peligrosa, ya que la vida terrestre se expone a un exceso de dicha radiación, la cual puede producir cáncer de la piel, cataratas, reducir la respuesta del sistema inmunitario, inferir en el pr oceso de fotosíntesis de las plantas y afectar el crecimiento del fitoplancton oceánico. La solu- ción a este problema consiste en dejar de utilizar los clorofluorocarbonos. En la actualidad se producen compuestos que contienen hidrógeno, flúor y car- bono para utilizarlos como refrigerantes; es decir, no contienen cloro, que es el res- ponsable de la destrucción de la capa de ozono. 1.2 Materia Concepto de materia En el mundo físico que nos r odea sólo hay materia que se manifiesta en forma de masa o de energía y éstas se encuentran íntimamente r elacionadas. Pero, ¿qué es la materia? Resulta difícil dar una definición de materia mediante términos corrientes. 1111 1.2. Materia Los clorofluorocarbonos ( s) son compuestos que contie- nen átomos de cloro y de flúor unidos al carbono, son ideales para los refrigeradores y acondicionadores de aire por ser no tóxicos y no corrosivos. Sin embargo, sucede que la gran esta- bilidad química de estas sustancias, que con anterioridad se creyó constituía su princi- pal virtud, es su caracte- rística más grave. Estos compuestos se fugan a la atmósfera,yalsertanpoco reactivos, persisten ahí du- rante décadas. Sin embar- go, a cierta altitud, los sedescomponenporefec- to de la luz ultravioleta, lo que libera átomos de clo- ro que provocan la des- trucción de la capa de ozono en la estratosfera. Para evitar este problema, las naciones industrializa- das firmaron un acuerdo (llamado Protocolo de Montreal) que prohíbe el uso de a partir de 1996. Sin embargo, remediar esta situación implica encontrar sustitutos para los s. Hasta el momento la búsqueda de tales sustitutos está muy avanzada. La producción mundial de s ya se ha reducido a la mitad con respecto al nivel de 1986, 1.13 millones de toneladas métricas. Mientras tanto, una estrategia para el reemplazo de los s es cambiar a compuestos similares que contienen átomos de carbono e hidrógeno sustituidos por átomos de cloro. Por ejemplo, la industria estadounidense de aparatos ha cambiado del freón- 12 (CF2Cl2), al compuesto CH2FCH3 (llamado HFC-134a), para uso en refrigeradores domésticos, y la mayoría de los nuevos automóviles y camiones que se venden en Estados Unidos cuentan con acondicionadores de aire cargados con HCF-134a. La industria química de varios países ha respondido rápi- damente a la emergencia que plantea el agotamiento de la capa de ozono. Resulta alentador que podamos actuar así cuando se presenta una crisis ambiental. Ahora necesitamos mejorar el aspecto de mantener el entorno como una de las principales prioridades conforme planeamos para el futuro. Adaptada de Steven Zumdahl, Fundamentos de química, 5a. ed., McGraw-Hill Interamericana Editores, México, 2007, p. 486. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1101-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 11 4/20/12 12:25:15 PM4/20/12 12:25:15 PM
  20. 20. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 12 Materia puede ser tiene se presenta en estados como Homogénea Heterogénea Propiedades está formada por son las son las que son Gaseosa Líquida Sólida Átomos Generales Específicas Cristales líquidos Materiales amorfos Plasmas que forman Mezclas heterogéneas Sustancias Mezclas homogéneas se clasifican en se clasifican en Moléculas Disoluciones Físicas Químicas Elementos Compuestos se separan por de se separan por Destilación Decantación Filtración Centrifugación Evaporación Métodos químicos Métodos físicos Para nosotros, materia es todo aquello que constituye a los cuerpos; es la base del universo, ocupa un espacio, tiene masa y energía. La materia se pr esenta en forma muy diversa, pero toda ella tiene la misma estr uctura química: está formada por átomos y moléculas. La materia se presenta en tres estados de agregación molecular: gaseosa, líquida y sólida. Durante muchos años el hombre trató de explicarse las diferencias entre estos tres estados, así como los fenómenos de evaporación, condensación, fusión y solubi- lidad de las sustancias. Fue hasta fines del siglo xix que se propuso la teoría cinética molecular, la cual establece que el calor y el mo vimiento están relacionados con el comportamiento de las moléculas y explica las propiedades de los estados de la ma- teria. Los postulados de la teoría cinética son: • La materia está constituida por pequeñas partículas llamadas moléculas. • Las moléculas se encuentran en constante movimiento produciendo energía ciné- tica que determina la temperatura del cuerpo. • Las moléculas interactúan entre sí, interviniendo fuerzas de atracción (cohesión) y separación (repulsión) entre ellas. Mapa conceptual 1.2 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1201-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 12 4/20/12 12:25:16 PM4/20/12 12:25:16 PM
  21. 21. En los gases La distancia entre las moléculas es muy grande y las fuer zas intermoleculares son despreciables. Además, las colisiones entre las moléculas y las paredes del recipiente son perfectamente elásticas (no pierden energía). Por lo anterior, los gases presentan las siguientes características: • Expansión Llenan todo el espacio donde se encuentran. • Forma y volumen Indefinidos. • Compresibilidad Se pueden comprimir, esto es, disminuyen su volumen al apli- cárseles una fuerza. • Baja densidad Las densidades son inferiores a las de líquidos y sólidos. • Miscibilidad Si dos o más gases no reaccionan entre sí, al mezclarlos lo hacen de una manera uniforme. Figura 1.7 Modelo del movimiento de una partícula de gas Un disco de hockey viaja en línea recta hasta que choca con el borde de la cancha. Entonces, rebota en línea recta, pero en una nueva dirección. De la misma forma, una partícula de gas se mueve a través del espacio del recipiente que lo contiene, en línea recta. La velocidad del disco de hockey es de alrededor de 1 m por segundo, mientras que la partícula de gas se mueve a una velocidad mucho mayor, de 102 a 103 m por segundo. 1313 1.2 Materia En los líquidos La distancia entre las moléculas es pequeña y éstas cambian de lugar ordenadamente sin ocupar posiciones definidas; es decir , las fuerzas de cohesión y repulsión se en- cuentran equilibradas. Por lo anterior, los líquidos presentan las siguientes características: • Expansión limitada No se expanden indefinidamente como los gases. • Forma No tienen forma definida, adquieren la forma del recipiente que los con- tiene. • Volumen Presentan volumen fijo sin impor tar la forma del r ecipiente que los contiene. • Compresibilidad Se comprimen ligeramente cuando ocurr e algún cambio de temperatura o presión. • Alta densidad Su densidad es mucho mayor que la de los gases. • Miscibilidad Un líquido se mezcla con otro en el cual es soluble. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1301-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 13 4/20/12 12:25:16 PM4/20/12 12:25:16 PM
  22. 22. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 14 Figura 1.9 Cambios de estado a) En un gas las moléculas se mueven libremente a gran velocidad. Su atracción mutua es muy débil. b) En un líquido las moléculas se atraen fuertemente unas con otras. Están apiñadas pero todavía se pueden mover. c) En un sólido las partículas se atraen fuertemente. Vibran alrededor de sus ejes. Figura 1.8 Modelo de líquidos a) Las canicas se esparcen hasta llenar el fondo del recipiente. El volumen que ocupan no puede reducirse. b) Cuando se hace girar el recipiente, las canicas se mueven en forma circular. c) Cuando el recipiente se vuelca, las canicas magnetizadas fluyen por la mesa. En los sólidos Las moléculas se encuentran más cercanas entre sí. Las fuerzas que predominan entre ellas es la de cohesión. Por tanto, el movimiento de las moléculas consiste en la vi- bración en torno a puntos fijos. Los sólidos presentan las siguientes características: • Expansión No se expanden cuando la temperatura varía. • Forma Tienen forma definida. • Volumen Su volumen es definido. • Compresibilidad Los sólidos no se pueden comprimir. • Alta densidad • Miscibilidad Se mezclan con gran lentitud de tal forma que no lo podemos apreciar. a) b) c) b) Líquido c) Sólido Solidificación Fusión EvaporaciónCondensación Deposición Sublim acióna) Gas 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1401-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 14 4/20/12 12:25:16 PM4/20/12 12:25:16 PM
  23. 23. Figura 1.10 Redes cristalinas Las redes cristalinas se repiten a través de todo el sólido. Aquí se muestra la red cristalina del sulfuro de plomo (II), que se encuentra en el mineral galena. 1515 1.2 Materia Figura 1.11 Estructura de los cristales líquidos a) En algunos cristales líquidos, las moléculas están ordenadas en líneas paralelas. Cuando la sustancia se funde, este ordenamiento se mantiene. b) En otros cristales líquidos, las líneas paralelas de las moléculas están ordenadas en capas. Cuando estas sustancias se funden, las capas permanecen en su lugar. Otras formas de la materia En ocasiones la materia pr esenta algunas formas que no pueden describirse como sólido, líquido o gas. A veces son como sólidos o como gases, en otras se comportan como un líquido. Estas formas de la materia son cristales líquidos, materiales amorfos y plasmas. Cristales líquidos Cuando un sólido se funde, se desintegran sus r edes cristalinas y sus par tículas pierden su patrón tridimensional. Sin embargo, cuando algunos materiales, llama- dos cristales líquidos, se funden, pierden su organización rígida sólo en una o dos dimensiones. Por ejemplo, el cristal líquido que se muestra en la figura 1.11, tiene moléculas en forma de bastones. Las fuer zas interpartículas de un cristal líquido son débiles y su ordenamiento se rompe con facilidad. Cuando se rompe la red, el cristal puede fluir como un líquido. Actualmente se usan pantallas de cristales lí- quidos (l cd, por sus siglas en inglés) en relojes, termómetros, calculadoras y compu- tadoras portátiles, porque los cristales líquidos cambian de color a temperaturas específicas. Pb S Galena PbS a) b) 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1501-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 15 4/20/12 12:25:17 PM4/20/12 12:25:17 PM
  24. 24. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 16 Materiales amorfos Un material amorfo tiene una red cristalina fortuita, desarticulada e incompleta. Las ceras, la mantequilla y el algodón de dulce son ejemplos comunes de materiales amorfos. Pese a que estos materiales tienen forma y v olumen fijos, no se clasifican como sólidos, sino como materiales amorfos. En la figura 1.12 se compara la estruc- tura de un sólido con un material amorfo. Figura 1.12 Un sólido se convierte en un material amorfo a) El dióxido de silicio cristalino, SiO2, tiene una estructura regular de panal. b) Si se funde y luego se enfría rápidamente, el dióxido de silicio pierde su regularidad y se convierte en un material amorfo. La palabra y su raíz amorfo A (griego) negación y morfo forma. Que no tiene forma. Figura 1.13 Foco de luz fluorescente Cuando una pequeña corriente eléctrica calienta el electrodo, algunos electrones de éste adquieren suficiente energía para abandonar la superficie y chocar con moléculas del argón gaseoso, que se ioniza. A medida que se liberan más electrones, también se ionizan algunos átomos de mercurio, con lo cual se forma el plasma. Los electrones y los iones mercurio chocan con los átomos de mercurio y sus electrones, excitados, adquieren mayores niveles energéticos. Cuando los electrones excitados regresan a niveles energéticos inferiores, liberan energía en forma de luz ultravioleta invisible. El recubrimiento de los focos fluorescentes absorbe la luz ultravioleta y genera radiación de luz visible. Plasmas La forma más común de la materia en el universo, pero menos común en la Tierra, es el plasma. El Sol y otras estrellas están formados por plasma, y puede encontrarse también en las luces fluorescentes (figura 1.13). Un plasma es un gas ionizado que conduce corriente eléctrica pero, igual que un alambre conductor común, es eléctri- camente neutro porque contiene el mismo número de electrones libres que de iones positivos. El plasma se forma a temperatura muy elevada, cuando la materia absorbe energía y se separa formando iones positiv os y electrones o, en algunas ocasiones, núcleos atómicos y electrones libres. En las estrellas, la energía que ioniza los gases se produce como consecuencia de reacciones de fusión nuclear. Si O Electrodo Recubrimiento de fósforo cristalino Átomo de mercurio gaseoso Átomo de argón gaseoso a) b) ¿Sabías que...? El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre, pero en el Universo es el hidrógeno. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1601-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 16 4/20/12 12:25:17 PM4/20/12 12:25:17 PM
  25. 25. Propiedades de la materia Cuando un trascabo sube por el terr eno para vaciar su carga, podrías pr eguntarte: “¿Qué es todo ese material?” A pesar de que sabes que todo eso son desper dicios de la vida moderna como papel, vidrio, metal, plástico y más; aún persiste la pregunta: “¿Qué es esto?” Los químicos quieren saber qué es cada porción de materia. ¿De qué está formada (composición)? ¿Cómo están distribuidos sus átomos (estructura)? ¿Qué hará el material ( comportamiento)? Cualquier característica que se pueda usar para describir o identificar un pedaz o de materia es una pr opiedad de ésta. D e hecho, cada sustancia tiene un conjunto de propiedades particulares, del mismo modo que una persona tiene huellas digitales únicas. S i conoces las huellas digitales de una sustancia, la puedes identificar. Aunque se ha indicado una definición de materia, la mejor forma de reconocerla y describirla es mediante sus propiedades. Las propiedades de la materia son las características que la identifican; es decir, las diversas formas como son percibidas por nuestros sentidos, por ejemplo, color, olor, densidad, estado de agr egación molecular, punto de fusión, punto de ebullición, etcétera. Propiedades generales Las propiedades generales son aquellas características que posee la materia en general, sin importar su estado de agregación molecular. Son propiedades generales: • Extensión o volumen La materia ocupa un lugar en el espacio. En el vacío no hay materia. • Peso Es atraída por fuerzas gravitatorias. • Inercia Se opone a cambiar el estado de mo vimiento rectilíneo uniforme o de reposo en que se encuentre. • Impenetrabilidad Dos cuerpos no pueden ocupar al mismo tiempo el mismo lugar. • Porosidad Entre las partículas que forman la materia existen espacios huecos. • Divisibilidad La materia puede fragmentarse. • Elasticidad Dentro de cierto límite, la materia se deforma cuando se le aplica una fuerza y recupera su forma original al dejar de aplicarle dicha fuerza. Propiedades específicas Como ya se indicó, las anteriores características las posee todo tipo de materia, per o ésta se encuentra formada por infinidad de sustancias que distinguimos debido a que presentan características particulares llamadas propiedades específicas, como son: color, olor, sabor, solubilidad, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, peso especí- fico, etcétera. Por ejemplo, no podríamos difer enciar la sal del azúcar por su color , pero sí las distinguimos por su sabor; el agua se difer encia del alcohol por su olor; el plomo del aluminio, por su densidad; la sal del azufr e, por su solubilidad en agua, etcétera. Podemos clasificar a las propiedades en físicas y químicas. Propiedades físicas Son propiedades físicas aquellas características que pr esenta la materia sin alterar su estructura íntima, es decir , sin transformarse en otras sustancias distintas. Como 1717 1.2 Materia Investiga Tu peso es de 55 kg en la Tierra. Investiga si en la Luna pesarías lo mismo. Encuentra la diferencia entre peso y masa. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1701-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 17 4/20/12 12:25:18 PM4/20/12 12:25:18 PM
  26. 26. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 18 propiedades físicas podríamos mencionar los cambios de estado, el color , el olor, el sabor, la dureza (propiedades organolépticas); el punto de fusión, el punto de ebulli- ción, la densidad, el peso específico (constantes físicas); la maleabilidad, la ductilidad, la solubilidad, etcétera. Propiedades químicas Las propiedades químicas son aquellas que presenta la materia al transformarse de una sustancia a otras diferentes, alterando su estructura íntima. Como propiedades quí- micas podríamos mencionar la combustibilidad, la comburencia, la mayor o menor facilidad con que una sustancia se transforma en otra u otras diferentes, o se combi- na con otras, etcétera. Clasificación y composición de la materia Ahora bien, para estudiar la materia es necesario un ordenamiento sistemático de la misma. La figura 1.14 indica la clasificación básica de la materia en términos de heterogénea y homogénea. Materia Homogénea Heterogénea Mezclas heterogéneas Sustancias Mezclas homogéneas Soluciones Elementos Compuestos Figura 1.14 Clasificación básica de la materia. La palabra y su raíz heterogénea Hetero (griego) diferente, otro; genes (griego) origen, fuente. Una mezcla heterogénea es distinta en diferentes puntos. homogénea Homo (griego) lo mismo, semejante; genes (griego) origen, fuente. Una mezcla homogénea siempre es la misma en todas partes. Materia homogénea y heterogénea La materia es heterogénea cuando podemos detectar en ella fácilmente, con la ayuda de una lupa o microscopio, dos o más partes que la forman, cada una de las cuales tiene propiedades distintas. Como ejemplo de materia heter ogénea podemos men- cionar la madera y el granito: en la primera, distinguimos anillos o vetas de diferen- te color y dureza, lo que hace suponer que se trata de div ersas clases de materia; en el granito pueden apreciarse partículas de distinto aspecto, unas brillantes y oscuras que son de mica, otras duras y transparentes que son de cuarzo y algunas traslúcidas y grisáceas que son de feldespato. La materia es homogénea cuando no podemos distinguir en ella las par tes que la forman; por ejemplo, agua salada, acero, aluminio, sal de cocina, cobre, cal, etcétera. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1801-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 18 4/20/12 12:25:18 PM4/20/12 12:25:18 PM
  27. 27. Sustancias Las sustancias son aquellas clases de materia homogénea que tienen composición definida e invariable y que presentan las mismas propiedades en todas sus partes. Son sustancias, por ejemplo, el hierro, el agua, la sal, la plata, la cal, pero no el agua sala- da, ya que esta última está formada por sustancias que poseen características diferen- tes (agua y sal) que pueden separarse por medios mecánicos. Elementos Por elemento entendemos una sustancia simple, elemental, que puede descompo- nerse en otras más sencillas mediante procedimientos químicos ordinarios. Son ele- mentos el hierro, el aluminio, la plata, el cobre, el carbono, el oxígeno, etcétera. (En la actualidad se conocen 114 elementos.) En la figura 1.15 podemos apreciar la abundancia relativa aproximada de los ele- mentos en la corteza terrestre y en el cuerpo humano. 1919 1.2 Materia Figura 1.15 Composición del cuerpo humano y de la corteza terrestre La composición del cuerpo humano es muy distinta a la de la corteza terrestre. Los números representan los porcentajes en masa de cada componente. Los elementos oxígeno e hidrógeno se encuentran en la corteza y en el cuerpo humano, pero el carbono se concentra en los seres vivos. Elemento Composición (%) Oxígeno 46.0 Silicio 28.0 Aluminio 8.0 Hierro 6.0 Magnesio 4.0 Calcio 2.4 Potasio 2.3 Sodio 2.1 Hidrógeno 0.9 Otros 0.3 Compuestos Un compuesto es una sustancia homogénea que resulta de la unión química de dos o más elementos, por tanto, puede experimentar descomposición ulterior. Son com- puestos: el agua, la sal, el ácido sulfúrico, el dióxido de carbono, el alcohol etílico, el azúcar, el benceno, el butano y cientos de miles más. A las par tes que forman un compuesto se les llama constituyentes; así, por ejemplo, los constituy entes del agua son hidrógeno y oxígeno; de la sal común (cloruro de sodio) son el sodio y el cloro; del ácido sulfúrico son el hidrógeno, el azufre y el oxígeno. Elemento Composición (%) Oxígeno 65.0 Carbono 18.5 Hidrógeno 9.5 Nitrógeno 3.3 Calcio 1.5 Fósforo 1.0 Azufre 0.3 Otros 0.9 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 1901-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 19 4/20/12 12:25:18 PM4/20/12 12:25:18 PM
  28. 28. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 20 Como características de los compuestos podríamos mencionar las siguientes: • Las partes que los forman pierden sus propiedades originales. • Durante su formación hay manifestaciones de energía. • La proporción de los constituyentes que forman un compuesto es fija. • Los constituyentes sólo se pueden separar por medios químicos. (Compara estas características con las de las mezclas que se mencionan más adelante.) Respecto de las características de que los compuestos únicamente se pueden sepa- rar por medios químicos, es posible afirmar que, por ejemplo, al separar los consti- tuyentes del agua se obtienen dos sustancias completamente diferentes. Las otras son gaseosas; una de ellas es combustible (el hidrógeno) y la otra comburente (el oxígeno). Esto indica que el agua se ha transformado en otras sustancias cuya estructura íntima es distinta: ha ocurrido un cambio químico. Al llevarse a cabo esta operación, deci- mos que se ha efectuado el análisis del agua. Hasta ahora hemos establecido algunos conceptos generales, par tiendo de la cla- sificación de la materia y de que ésta tiene la misma estructura química: está forma- da por átomos y moléculas, pero ¿qué es un átomo?, ¿qué es una molécula? Cuadro 1.1 Algunos compuestos comunes. Nombre del compuesto Fórmula Usos Acetaminofén C8H9NO2 Analgésico Ácido acético C2H4O2 Ingrediente del vinagre Amoniaco NH3 Fertilizantes, limpiadores domésticos cuando está disuelto en agua Ácido ascórbico C6H8O6 Vitamina C Aspartame C14H18N2O5 Edulcorante artificial Aspirina C9H8O4 Analgésico Bicarbonato de sodio NaHCO3 Para cocinar Butano C4H10 Combustible de encendedores Cafeína C8H10N4O2 Estimulante del café, té y algunas bebidas Carbonato de calcio CaCO3 Antiácido Dióxido de carbono CO2 Para carbonatar bebidas gaseosas Etanol C2H6O Desinfectante, bebidas alcohólicas Etilenglicol C2H6O2 Anticongelante Ácido clorhídrico HCl Llamado ácido muriático, limpia morteros para los tabiques Hidróxido de magnesio Mg(OH)2 Antiácido Metano CH4 Gas natural, combustible Ácido fosfórico H3PO4 Saborizante de bebidas Tartrato de potasio K2C4H4O6 Crema tártara, para cocinar Propano C3H8 Combustible para cocinar Sal NaCl Saborizante Carbonato de sodio Na2CO3 Sosa para lavar Hidróxido de sodio NaOH Limpieza de cañerías Sacarosa C12H22O11 Edulcorante Ácido sulfúrico H2SO4 Ácido de las baterías Agua H2O Para lavar, cocinar, limpiar 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2001-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 20 4/20/12 12:25:19 PM4/20/12 12:25:19 PM
  29. 29. Átomos El átomo es la partícula más pequeña en que se puede dividir la materia mediante procedimientos químicos, que interviene en los cambios o reacciones químicas. Moléculas Para dar respuesta a estas preguntas, consideremos las siguientes sustancias: agua, sal (cloruro de sodio) y oxígeno. Las tres están constituidas pormoléculas, es decir, si las dividimos hasta obtener la última partícula de agua, sal y oxígeno, lo que tendríamos sería una molécula de cada una de estas sustancias. Una molécula de agua es la par tícula más pequeña que sigue siendo agua; una molécula de oxígeno es la partícula más pequeña de esta sustancia que sigue siendo oxígeno. En resumen, una molécula es la menor por ción en que la materia puede dividirse por medios físicos conservando las características de las sustancias. Dada la pequeñez de estas partículas es difícil imaginar su tamaño; su diámetr o es del orden de diez millonésimos de milímetro. La unidad para medir las moléculas es el angström. Å = 1 10 000 000 mm = 1×10−10 m Las dimensiones de las diferentes moléculas dependen de su clase. Para imaginar su tamaño consideremos una gota agrandada hasta el v olumen de la Tierra, cada molécula de agua tendría aproximadamente el tamaño de una naranja. En cualquier estado de agregación molecular, éstas no se tocan; entre ellas existen espacios huecos (poros) llamados espacios intermoleculares. La aparente continuidad de la materia se debe al limitado poder separador de nuestros sentidos. Ahora bien, considerando las moléculas de las sustancias que hemos mencionado como ejemplo (agua, sal y oxígeno), las del agua están formadas por tres partículas más pequeñas; las de sal, por dos y las del o xígeno por dos partículas. Estas partículas que forman las moléculas son los átomos. La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (figura 1.16) la de sal por uno de sodio y otr o de cloro, y la del o xígeno por dos átomos de oxígeno. Como puedes deducir, las moléculas de agua están formadas por átomos de dis- tinta clase, lo mismo las de sal, ya que estas sustancias son compuestos. Las de oxíge- no, que es un elemento, están formadas por átomos de la misma clase. En general, los compuestos son sustancias cuyas moléculas están formadas por dos o más tipos de átomos. Soluciones El ejemplo mencionado en el apartado “Sustancias” (agua salada), representa lo que en química se llama solución y de acuer do con la figura 1.14, una solución es una mezcla homogénea que puede tener composición v ariable. Fundamentalmente las soluciones constan de dos partes: el disolvente y el soluto. El disolvente es la parte que existe en mayor proporción, y el soluto la que se encuentra en menor pr oporción. Las soluciones pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas, siendo las más comunes las líquidas. Puede haber soluciones gaseosas, por ejemplo, de gas en gas (air e); de líquido en gas (niebla) y de sólido en gas (humo); líquidas, de gas en líquido (bebidas gaseosas); 2121 1.2 Materia Figura 1.16 Dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno forman una molécula de agua. La palabra y su raíz átomo Atoms (latín), y éste del griego atomos, indivisible o no divisible. Unidad más pequeña en que se puede dividir la materia. O H H2O H 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2101-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 21 4/20/12 12:25:19 PM4/20/12 12:25:19 PM
  30. 30. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 22 de líquido en líquido (alcohol en agua) y de sólido en líquido (sal en agua), y sólidas, de gas en sólido (hidrógeno en platino), de líquido en sólido (amalgama de plata) y de sólido en sólido (acero). Cuadro 1.2 Algunas aleaciones comunes. Nombre de la aleación Composición como porcentaje en masa Usos Acero inoxidable Hierro (Fe) 73-79% Cromo (Cr) 14-18% Níquel (Ni) 7-9% Utensilios de cocina, cuchillos, cubiertas inoxidables Bronce Cobre (Cu) 70-95% Zinc (Zn) 1-25% Estaño (Sn) 1-18% Esculturas, películas Latón Cobre (Cu) 50-80% Zinc (Zn) 20-50% Plateado, adornos Platería Plata (Ag) 92.5% Cobre (Cu) 7.5% Joyería, vajillas Oro de 14 kilates Oro (Au) 58% Plata (Ag) 14-28% Cobre (Cu) 14-28% Joyería Oro blanco de 18 kilates Oro (Au) 75% Plata (Ag) 12.5% Cobre (Cu) 12.5% Joyería Soldadura (para electrónica) Estaño (Sn) 63% Plomo (Pb) 37% Conexiones eléctricas Mezclas Hemos visto que las soluciones son mezclas homogéneas y en general podemos definir las mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas, como la materia que resulta de la unión apa- rente (no química) de dos o más sustancias, las cuales reciben el nombre de componentes. Como característica de las mezclas podríamos mencionar las siguientes: • Las partes que las forman no pierden sus propiedades originales. • Durante su formación no hay manifestaciones de energía. • La proporción de los componentes es variable. • Sus componentes se pueden separar por medios físicos. Métodos de separación de mezclas Existen varios métodos de separación de mezclas y su uso depende de las características de los componentes que las forman. C uando se aprovecha la diferente densidad de los componentes se emplea la decantación, la filtración o la centrifugación. Decantación En este método se deja reposar durante cierto tiempo una mezcla de com- ponentes sólidos y líquidos, para que la acción de la gravedad los separe (figura 1.17). Filtración Este procedimiento se basa en el empleo de material por oso que retiene las partículas sólidas, mientras deja pasar el líquido en el que estas partículas estaban en suspensión. Por lo general, el material por oso se acomoda en un embudo para facilitar la separación (figura 1.18). 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2201-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 22 4/20/12 12:25:19 PM4/20/12 12:25:19 PM
  31. 31. 2323 1.2 Materia Centrifugación En ocasiones la sedimentación del sólido es muy lenta y se acelera mediante la acción de la fuerza centrífuga. Se coloca la mezcla en recipientes que se hacen girar a gran velocidad; los componentes más densos se depositan en el fondo (figura 1.19). Figura 1.17 Decantación Para separar los componentes de una mezcla, se aprovecha la fuerza de gravedad. Figura 1.19 Centrífuga eléctrica La fuerza centrífuga acelera la sedimentación de los componentes sólidos de una mezcla. Figura 1.18 Filtración Utiliza un material poroso para separar partículas sólidas de un líquido. Hay otros procedimientos en los que se aprovecha el diferente punto de ebullición de los componentes: tales pr ocedimientos son la ev aporación, la sublimación y la destilación. Evaporación Este método se emplea para separar un sólido de un líquido, cuando se quiere recuperar el sólido. Simplemente se calienta la mez cla y al ev aporarse el componente líquido queda el sólido en el recipiente. Arena Agua Aceite Agua Aceite Agua Filtro Embudo 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2301-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 23 4/20/12 12:25:19 PM4/20/12 12:25:19 PM
  32. 32. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 24 Figura 1.22 Alambique común para la destilación del agua. Sublimación Este procedimiento se utiliza para separar al yodo de otros materiales sólidos, ya que el yodo se sublima al calentarlo, es decir, pasa directamente del esta- do sólido al gaseoso y se condensa en una superficie fría (figura 1.20). Destilación Este método consta de dos procesos fundamentales: evaporación (paso de líquido a vapor) y condensación (paso de vapor a líquido). Mediante este proce- dimiento se puede separar un líquido de un sólido, evaporando el líquido y conden- sándolo en un aparato especial llamado r efrigerante. También se puede separar un líquido de otro (agua y acetona), aprovechando sus diferentes puntos de ebullición. Por este método se obtiene el agua químicamente pura, llamada agua destilada. Ob- serva las figuras 1.21 y 1.22. Figura 1.21 Destilación Mediante procesos de evaporación y condensación se separan los componentes de una mezcla. En dos líquidos, se aprovecha la diferencia entre sus puntos de ebullición. Termómetro Residuo Desagüe Condesador Entrada de agua Destilado Receptor Trozos de vidrio o porcelana para impedir la ebullición violenta Mechero Rejilla metálica que distribuye el calor Salida de agua fría Agua destilada Entrada de agua fría Vapor Agua en ebullición Figura 1.20 Sublimación Al calentar el yodo, éste pasa al estado gaseoso y luego se condensa. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2401-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 24 4/20/12 12:25:20 PM4/20/12 12:25:20 PM
  33. 33. 2525 1.2 Materia Características de los elementos, los compuestos y las mezclasManos a la obra Materiales y sustancias • mechero • tubo de ensayo • imán • azufre en polvo (2 g) • limadura de hierro (2 g) Procedimiento 1. Revuelve la mitad del azufre en la mitad del hierro. Ahora tienes: azufre en polvo, hierro en polvo, azufre y hierro revueltos, y sulfuro de hierro. 2. Mezcla parte de la otra mitad del hierro y del azufre y co- lócalo en el tubo de ensayo, ahora caliéntalo con cuidado. 3. Escribe las características que se piden en la tabla de resultados de la página siguiente. 4. Analicemos estas observaciones, en especial, las dos últimas filas de la tabla mencionada. a) ¿Es soluble el azufre en bisulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ b) ¿Se disuelve el hierro en bisulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ c) Del azufre y hierro revueltos ¿qué parte es la que se disuelve en bisulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ Hay otro procedimiento que combina algunos de los ya descritos y que r ecibe el nombre de separación por solubilidad. Si, por ejemplo, queremos separar una mezcla cuyos componentes sean sal y carbón en polvo, se le agrega agua que disolverá sólo la sal y, más tarde, la mezcla se filtra para separar el carbón, y el líquido filtrado (agua salada) se separa por evaporación. Hemos mencionado que la sal, el agua y el carbón (carbono cuando es química- mente puro), son sustancias que en general se dividen en compuestos y elementos (véase figura 1.14). Separación de compuestos El análisis es el procedimiento químico que permite conocer los constituy entes de un compuesto. La síntesis es un proceso contrario al de análisis y consiste en formar un com- puesto a partir de sustancias más sencillas. El análisis puede ser cualitativo o cuantitativo. Es cualitativo cuando sólo interesa conocer la clase de constituyentes que forman un compuesto, y cuantitativo cuando se indica la cantidad de esos constituyentes. Si la cantidad de los constituyentes se da en unidades de volumen, es análisis cuan- titativo volumétrico y si se da en unidades de peso, es análisis cuantitativo gravimétrico. Cuando se indica que el agua está constituida por hidr ógeno y oxígeno, se ha hecho el análisis cualitativ o de esta sustancia. S i se determina que en el agua, por cada 2 cm3 de hidrógeno existe 1 cm3 de oxígeno, el análisis es cuantitativo volumé- trico, y será cuantitativo gravimétrico cuando se indica que por cada gramo de hi- drógeno hay ocho de oxígeno. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2501-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 25 4/20/12 12:25:22 PM4/20/12 12:25:22 PM
  34. 34. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 26 d) ¿Perdió sus propiedades el azufre al revolverse con el hierro? ____________________________________ ____________________________________ e) ¿Se disuelve el sulfuro de hierro en bisulfuro de car- bono? ____________________________________ ____________________________________ f) ¿Perdió sus propiedades el hierro al formar sulfuro de carbono? ____________________________________ ____________________________________ g) ¿Es atraído el azufre por el imán? ____________________________________ h) ¿Atrae el imán al hierro? ____________________________________ i) Del azufre y hierro revueltos ¿qué parte es la que atrae el imán? ____________________________________ ____________________________________ j) ¿Perdió propiedades el hierro? ____________________________________ ____________________________________ k) ¿Es atraído el sulfuro de hierro por el imán? ____________________________________ ____________________________________ l) ¿Perdió sus propiedades el hierro al formar esta sus- tancia? ____________________________________ ____________________________________ 5. Ahora toma la mitad del azufre y hierro revueltos y colócalos en un tubo de ensayo. 6. Aplícale calor y espera unos minutos. Después compa- ra la sustancia que se formó con el sulfuro de hierro que tienes. ¿Es la misma sustancia? ____________________________________ ____________________________________ 7. Acércale un imán. a) ¿Es atraída por el imán la sustancia que formaste? ____________________________________ ____________________________________ b) ¿Hubo desprendimiento de energía cuando ésta se formó? ____________________________________ ____________________________________ c) ¿Conservó el hierro sus propiedades? ____________________________________ Azufre Hierro Azufre y hierro revueltos Sulfuro de hierro Color Olor ¿Se disuelve el bisulfuro de carbono? ¿Es atraída por el imán? 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 26 4/20/12 12:58:30 PM
  35. 35. 2727 1.3 Energía 8. Después de comentar con tus compañeros las siguien- tes características, escribe sobre la línea si pertenecen a un elemento, a un compuesto o a una mezcla. a) El azufre está formado por átomos de la misma clase. b) El azufre es una sustancia simple. c) El azufre no se puede descomponer en sustancias más sencillas. Entonces el azufre es ______________________ a) El hierro está formado por átomos de la misma clase. b) El hierro es una sustancia simple. c) El hierro no se puede descomponer en sustancias más sencillas. Entonces el hierro es ______________________ a) En el azufre y el hierro revueltos hay átomos de distinta clase. b) El azufre y el hierro se pueden separar fácilmente por medios físicos. c) El azufre y el hierro al revolverse no pierden sus propiedades. d) Al revolver el azufre con el hierro no hay manifesta- ciones de energía. Entonces el azufre y el hierro revueltos son ____________________________________ a) El sulfuro de hierro está formado por átomos de distinta clase que son átomos de hierro y átomos de azufre. b) El azufre y el hierro no se pueden separar por medios físicos cuando forman el sulfuro de hierro. c) El azufre y el hierro pierden sus propiedades al formar sulfuro de hierro. d) Al unirse el azufre con el hierro para formar sulfuro de hierro se presentan manifestaciones de ener- gía. Entonces el sulfuro de hierro es _____________ 1.3 Energía La energía y su relación con los cambios Se ha indicado que la masa y la energía están íntimamente relacionadas. Ahora bien, la materia no se encuentra estática, constantemente se generan cambios en ella. Estos cambios pueden ser de orden físico o químico. Cambios físicos Son fenómenos físicos aquellos cambios que sufre la materia sin alterar su estructura íntima, es decir, sin que haya transformación de sustancias. Son cambios físicos do- blar un alambre, fragmentar un trozo de madera, los cambios de estado (figura 1.9), etcétera. Cambios químicos Los fenómenos químicos son aquellos cambios que producen alteraciones en la es- tructura íntima de la materia, y ocurren cuando una o más sustancias se transforman 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2701-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 27 4/20/12 12:25:22 PM4/20/12 12:25:22 PM
  36. 36. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 28 en otra u otras diferentes. En química denominamos a estos cambios reacciones quí- micas. Son cambios químicos la combustión, la oxidación del hierro, el agriado de la leche, etcétera. En estos cambios, ya sean físicos o químicos, está pr esente la energía, por lo que no es posible concebirla separada de la masa. U sualmente definimos a la energía como la capacidad para efectuar un trabajo. La energía mecánica sólo puede existir en dos formas: potencial y cinética. Energía potencial Es aquella que se encuentra almacenada en un cuerpo en virtud de su posición con respecto a otros cuerpos; es la energía disponible para efectuar un trabajo en un momento dado. Tiene energía potencial desde el punto de vista físico, el agua almacenada en una pr esa, un martillo que se encuentra a cier ta altura, un resorte de acero, etcétera; y desde el punto de vista químico, podemos indicar que toda la materia posee energía en estado potencial a la que se llama energía química, la que se manifiesta cuando las sustancias reaccionan. Energía cinética Es la que tienen los cuerpos en virtud de encontrarse en movimien- to. La energía cinética depende de dos factores: la masa y la velocidad. Cuando ocurre la transformación de energía potencial a cinética, apar ecen las manifestaciones de energía que conocemos (calor, luz, electricidad, sonido, energía nuclear, energía química, etcétera). Por ejemplo, el agua almacenada en una presa (Ep) al poner en movimiento (Ec) a una planta hidroeléctrica produce electricidad, la que en nuestr os hogares puede transformarse en calor, sonido, luz, etcétera. Podemos mencionar también el sistema de sustancias que forman un cerillo, las que poseen Ep en reserva (energía química) que al reaccionar produce luz y calor. provoca Cambios que son Físicos Químicos Nucleares Potencial y Cinética Energía eléctrica Energía luminosa Energía calorífica Energía sonora Energía química Energía nuclear Energía mecánica Energía magnética existe en forma Energía sus manifestaciones son Mapa conceptual 1.3 ¿Sabías que...? La energía hidroeléctrica se origina por el movimiento del agua, y la energía termoeléctrica por la combustión del material fósil, como el carbón o los derivados del petróleo. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2801-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 28 4/20/12 12:25:22 PM4/20/12 12:25:22 PM
  37. 37. La energía que inter viene en las r eacciones químicas casi siempr e es calorífica, aunque en ocasiones incluye energía eléctrica o luminosa. Las reacciones químicas se denominan exotérmicas cuando hay desprendimiento de calor y endotérmicas cuando lo absorben. La rama de la química que estudia exclusivamente la energía calorífica que acom- paña a un proceso químico se denomina termoquímica. La unidad que se emplea para medir el calor es la caloría. Una caloría es la canti- dad de calor necesario para elev ar 1°C la temperatura de un gramo de agua; 1 000 calorías constituyen una kilocaloría (kcal). La caloría corresponde al sistema métrico de unidades. En el Sistema Internacional de Unidades (si) la unidad deriv ada de energía es el joule (J). 1 cal = 4.184 J El calor específico (Ce), propiedad específica de la materia, es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de sustancia. Ce = cal/g°C En el caso del agua es de 1 cal/g°C. Figura 1.24 Una reacción endotérmica Cuando los dos compuestos tiocianato de amonio y octahidrato de hidróxido de bario se mezclan, se produce una reacción en la cual se absorbe el calor de los alrededores. El matraz se enfría tanto, que si en el fondo del matraz hubiera una película de agua ésta se congelaría haciendo que el matraz se adhiera a un bloque de madera. 2929 1.3 Energía Figura 1.23 Una reacción exotérmica La energía liberada durante una explosión de nitroglicerina rompe y mueve las rocas. La compleja molécula de nitroglicerina es transformada en cuatro productos gaseosos: dióxido de carbono, nitrógeno, oxígeno y vapor de agua. Sustancia J/g°C Alcohol etílico 2.138 Hielo 2.03 Aluminio 0.88 Hierro 0.45 Plata 0.24 Mercurio 0.14 Oro 0.13 Cuadro 1.3 Calor específico de algunas sustancias. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 2901-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 29 4/20/12 12:25:23 PM4/20/12 12:25:23 PM
  38. 38. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 30 La cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de cierta cantidad de materia se calcula multiplicando la masa (m) por el cambio de temperatura (∆t) por el calor específico (Ce). Las unidades empleadas son: para la masa (m), el gramo (g), para la temperatura (∆ t), el grado Celsius (°C) y para el calor específico (cal/ g°C). (El símbolo ∆ es la letra griega “ delta” y se emplea para indicar la v ariación entre dos cantidades.) Problemas resueltos 1. ¿Qué cantidad de energía calorífica, en joules y en calorías, se r equiere para calentar un pedazo de hierro cuya masa es de 1.3 g de 25°C a 46°C? Solución Al consultar el cuadro 1.3 sabemos que el calor específico del hierro es de 0.45 J/g°C. Sustituimos los valores conocidos en: Calor = m Δt Ce = (1.3 g) (46C – 25°C) (0.45 J/g°C) = (1.3 g) (21°C) (0.45 J/g°C) = 12 J y sabiendo que 1 cal = 4.184 J, entonces: 12 J ⋅1 cal 4.184 J = 2.87cal Se necesitan 12 J o 2.87 cal. 2. Una muestra de metal puro de 2.8 g requiere 10.1 J de energía para que su temperatura cambie de 21°C a 36°C. ¿De qué metal se trata? Solución En este caso necesitamos investigar el Ce. Calor = m Δt Ce Entonces: Ce = Calor m Δt Sustituyendo, tenemos: Ce = 10.1 J (2.8 g) (36 C − 21 C) = 10.1 J (2.8 g) (15 C) = 10.1 J 42 g C = 0.24 J / g C Al consultar el cuadro 1.3 sabemos que la muestra se trata de plata. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3001-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 30 4/20/12 12:25:24 PM4/20/12 12:25:24 PM
  39. 39. Ejercicios 1. ¿Cuántos joules se necesitan para elev ar la temperatura de 7.40 g de agua de 29.0°C a 46°C? 2. Calcula las calorías necesarias para elev ar la temperatura de 10 g de aluminio de 15°C a 35°C. 3. Una muestra de 12.5 g de una aleación r equiere 145 J para elev ar su temperatura de 25°C a 110°C. Calcula el calor específico de la aleación. En general, las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones que sólo se refieren a la transformación de las sustancias, pero no indican el cambio de energía que tiene lugar en ellas. Cuando en esas ecuaciones se indica, en el segundo miem- bro, el calor producido o absorbido, reciben el nombre de ecuaciones termoquímicas. Por ejemplo: H2SO4(ac) + Zn(s) → ZnSO4(ac) + H2(g) + 37.63 kcal*1 2H2(g) + ½O2 (g) → H2O(l) + 68.32 kcal C(s) + O2(g) → CO2(g) + 94.05 kcal BaO2(s) → BaO(s) + ½O2(g) – 18.6 kcal H2O(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) + ½O2(g) – 27.36 kcal Así, las tres primeras reacciones son exotérmicas, mientras las dos últimas son en- dotérmicas. Observa el signo positivo en las exotérmicas y el signo negativ o en las endotérmicas. Conservación Leyes de conservación En una reacción química con desprendimiento de energía, la masa no se altera, de ahí que Antoine Laurent Lavoisier, al introducir el uso de la balanza para el estudio de los cambios químicos, haya establecido la ley que lleva su nombre o ley de la con- * La abreviatura (ac) significa que la sustancia se encuentra en solución acuosa, (l) en forma de líquido, (s) como sólido y (g) en estado gaseoso. Figura 1.25 Conservación de la masa (átomos) Dos moléculas de agua contienen dos áto- mos de oxígeno y cuatro átomos de hidrógeno. Cuando se descomponen, forman una molécula de oxígeno que tiene dos átomos de oxígeno y dos moléculas de hidrógeno que contiene cuatro átomos de hidrógeno. Como toda la materia está compuesta de átomos y el número de átomos es el mismo antes y después del cambio químico, puedes decir que la materia se conserva. 3131 1.3 Energía Átomo de hidrógeno Moléculas de agua Moléculas de hidrógeno Moléculas de oxígeno Átomo de hidrógeno Átomo de oxígeno Átomo de oxígeno + 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3101-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 31 4/20/12 12:25:24 PM4/20/12 12:25:24 PM
  40. 40. servación de la masa : “En todo cambio químico, la cantidad de materia antes de efectuarse dicho cambio, es la misma que resulta después de que se efectúa.” Se co- noce más comúnmente de la siguiente manera: “La materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.” Una ley semejante a la de la conservación de la energía indica que: “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.” En 1905, el destacado científico Alber t Einstein estableció que una pér dida en masa corresponde a un desprendimiento de energía, y concluyó que “la masa es de por sí transformable en energía”. La fórmula que establece esta relación es: E = mc2 donde E = energía, m = masa y c2 = el cuadrado de la velocidad de la luz. Como c tiene un valor muy grande (300 000 km/s), un valor muy pequeño de m corresponde a una cantidad muy grande de energía (E). Por ejemplo, un gramo de materia que se transforma totalmente en energía “man- tendría encendido un foco de 100 watts durante 40 000 años ”. La energía liberada en las reacciones nucleares es tan grande, que resulta ser la fuerza más potente cono- cida hasta ahora. Las reacciones nucleares son de fisión. Se llama fisión al proceso de escisión (divi- sión) de un núcleo pesado en dos partículas aproximadamente iguales. La fusión es el proceso opuesto a la fisión y consiste en fundir (unir) átomos ligeros para formar otro u otros de más peso. Por ejemplo: Fisión de uranio 92 235 U + 0 1 n → 56 143 Ba + 36 90 Kr + 30 1 n + 4.6×1012 cal/mol Fusión del hidrógeno Unidad 1 Objeto de estudio de la química 32 Figura 1.26 Fisión del uranio En esta fisión se produce una reacción en cadena: un neutrón entra en el núcleo de uranio-235 y provoca la división del núcleo en núcleos más pequeños. Al mismo tiempo se liberan más neutrones que a su vez son absorbidos por otros núcleos de uranio. 9 neutrones liberados 141 56 Ba 92 36 Kr 141 56 Ba 92 36 Kr 141 56 Ba 92 36 Kr 3 neutrones liberados Núcleo de 92 36 Kr Núcleo de 141 56 Ba Núcleo de 235 92 U Un neutrón se aproxima 3 neutrones más de 235 92 U 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3201-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 32 4/20/12 12:25:24 PM4/20/12 12:25:24 PM
  41. 41. 1 2 H + 1 3 H → 2 4 He + 0 1 n + Energía Lo indicado anteriormente ha llevado al hombre a unificar las leyes de la conser- vación de la masa y de la conservación de la energía en una sola, que establece: “En cualquier reacción la masa-energía de los reactores (sistema inicial) es la misma que la masa-energía de los productos (sistema final).” A esta ley se reconoce como ley de la conservación de la materia. La comprobación experimental de la ecuación de Eins- tein (E = mc2), tuvo lugar en forma trágica en la llamada bomba atómica. En la actualidad, es de gran impor tancia para la humanidad la pr oducción de energía por reacciones de fisión nuclear que se utilizan con fines pacíficos en plantas eléctricas, industrias, barcos, naves espaciales, etcétera. 3333 1.3 Energía Figura 1.27 Fusión del hidrógeno Cuando un núcleo de hidrógeno-2 (deuterio) y uno de hidrógeno-3 (tritio) experimentan una fusión nuclear, se forma un núcleo de helio-4 y un neutrón. 3333 2 1 H 3 1 H 4 2 He n1 0+ + ++ Fuentes de energía Las fuentes de energía primarias son aquellas donde un recurso natural se aprovecha directamente para producir energía. Dentro de éstas encontramos: la energía prove- niente del Sol, el petróleo, el carbón natural y el átomo. La electricidad es una fuente secundaria, ya que se obtiene mediante la transfor- mación de fuentes primarias a través de procesos físicos, químicos o nucleares. Las plantas termoeléctricas producen electricidad mediante el calor que se produce usando combustibles como el carbón y el petr óleo. Mientras que las plantas hidro- eléctricas la producen aprovechando el movimiento del agua. Las nucleoeléctricas aprovechan para producir la fisión del átomo del uranio. Casi toda la energía proviene del Sol; por ejemplo, para producir electricidad con las llamadas celdas solares como las que hacen funcionar a algunas calculadoras. N o obstante, la eficiencia de estas celdas es r elativamente baja, está sujeta a variaciones estacionales y es obstr uida por la pr esencia de nubes. P or ello, se inv estiga cómo convertirla en una fuente común de electricidad para el consumo humano. Otra forma de aprovechar la energía solar consiste en utilizar los vientos, laenergía eólica, que hacen girar grandes aspas montadas en una torre, y que conectadas a una turbina pueden producir electricidad. Energía limpia Las dos formas de energía citadas pr oducen lo que se denomina energía limpia, lo cual no ocurre al utilizar carbón o petróleo. 3333 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3301-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 33 4/20/12 12:25:26 PM4/20/12 12:25:26 PM
  42. 42. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 3434 En la actualidad, la mayor parte de la energía que utilizamos proviene de reaccio- nes químicas como la combustión de sustancias fósiles (carbón y petr óleo). Es la forma más barata; sin embargo, ha contribuido en gran medida a la contaminación del ambiente al producirse gases como el bióxido de carbono (CO2) cuyo exceso en la atmósfera produce el efecto invernadero; además del monóxido de carbono (CO) que es altamente tóxico y óxidos de nitrógeno y azufre que son los causantes de la “lluvia ácida” que deteriora el ambiente por su acción corrosiva. El dióxido de azufre (SO2), al contacto con el oxígeno (O2) del aire produce trióxido de azufre (SO3), el cual, al reaccionar con el vapor de agua que existe en la atmósfera, forma el ácido sulfúrico (H2SO4), uno de los ácidos más fuertes. No olvidemos que tanto el petróleo como el carbón mineral son recursos natura- les no renovables y de continuar su explotación, como se ha v enido haciendo, se agotarán. Actualmente se investiga para producir combustibles que no provengan del petró- leo o que no sean obtenidos en laboratorios químicos; por ejemplo, en gas metano y alcoholes aprovechando la fermentación de la materia orgánica, ya que al entrar en combustión producen una cantidad considerablemente menor comparada con la combustión de la gasolina. También se ha estudiado el uso de la combustión de hidrógeno para producir energía. Esta combustión es la menos contaminante, ya que cuando el hidrógeno reacciona con el oxígeno sólo se produce agua. En resumen, la energía solar constituirá un recurso importante en lo futuro, debi- do a que, como se indicó anteriormente, genera “energía limpia”. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3401-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 34 4/20/12 12:25:26 PM4/20/12 12:25:26 PM
  43. 43. 3535 1.3 Energía Materiales y sustancias • vela • plato hondo • cerillos • cápsula de porcelana • tubo de ensayo • popote • matraz Erlenmeyer • solución de hidróxido de calcio (agua de cal, 200 mL) Procedimiento 1. Enciende la vela. 2. Colócala horizontalmente de tal manera que caigan varias gotas en el centro del plato. 3. Coloca inmediatamente la base de la vela sobre esas gotas antes de que se solidifiquen, con el fin de fijarla de manera firme. 4. Observa y contesta: a) Dibuja la flama y descubre las regiones que aprecias; indica su aspecto o color. b) ¿Conserva la parafina su estado físico? ____________________________________ c) ¿Qué es lo que se quema y en qué forma ocurre la combustión? ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ 5. Coloca sobre la flama una cápsula de porcelana sin tocar la parafina o el pabilo, retírala y observa lo que se depositó. a) ¿Qué color tiene? _______________________ b) ¿Qué sustancia supones que es? ____________ 6. Vierte en el tubo de ensayo la solución de hidróxido de calcio hasta que se cubra la tercera parte. 7. Haz una inspiración profunda con el popote y usando el tubo burbujea lentamente el gas que expeles en esa solución. a) ¿Qué color toma? _______________________ b) ¿Qué gas se expele durante el proceso respiratorio? ___________________________________ 8. El dióxido de carbono reacciona con el hidrógeno de calcio contenido en el tubo de ensayo formando carbo- nato de calcio, el cual hace que se enturbie la solución. 9. Vierte el agua en el recipiente que contiene la vela de manera que suba poco más de 1 cm. 10. Coloca el matraz Erlenmeyer invertido sobre la vela de tal modo que quede bajo la superficie del agua. a) ¿Se extiende la llama? ____________________ b) ¿Qué más observaste? ___________________ c) ¿Qué componente del aire permite la combustión? ____________________________________ ¿Qué ocurre cuando una vela se quema?Manos a la obra 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3501-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 35 4/20/12 12:25:26 PM4/20/12 12:25:26 PM
  44. 44. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 36 Compuestos químicos naturales contra productos sintéticosLectura ¿Son mejores las vitaminas, los fármacos y otras sustancias na- turales que las purificadas o las sintéticas que producen las compañías farmacéuticas? Algunos empaques de vitaminas tie- nen un rótulo que dice completamente natural. Casi todas estas vitaminas se extraen de fuentes vegetales o animales. Cuando tienes dolor de cabeza, ¿qué tomas para calmarlo, una taza de corteza de sauce o dos aspirinas? Los ingredientes activos de los dos remedios tienen estructuras químicas se- mejantes y los dos alivian el dolor de cabeza, pero el ácido salicílico, el compuesto químico de la corteza del sauce, pro- duce varios efectos colaterales dañinos, como dolor de estó- mago, por ejemplo. Con la aspirina ocurre lo mismo, pero es un analgésico más eficaz y se puede tomar en dosis más ba- jas. La corteza del sauce contiene además otras sustancias químicas. Curar el cáncer Los científicos descubrieron que el taxol, una sustancia química que se encuentra en la corteza del ár- bol del tejo del Pacífico, disminuye el tamaño de los tumores cancerosos de ovarios y mamas en 30 por ciento. Este hallazgo traería como consecuencia que al presentar dicho fármaco gran demanda podría destruir la población de árboles del tejo, por tal razón se comenzaron a buscar otras fuentes de taxol. Los investigadores Andrea y Donald Stierle descubrieron un hongo que crece en el tejo y que produce taxol. Otros encontraron que las agujas del tejo europeo con- tienen un compuesto químico semejante al taxol. Los quími- cos intentaron descifrar la estructura del taxol, y en 1994 lograron obtener taxol puro en el laboratorio. ¿Cuál taxol es mejor: el purificado naturalmente o el sinté- tico? En realidad, la estructura química y la pureza de ambos es idéntica; sin embargo, el hecho de que se pueda sintetizar taxol es una gran ventaja porque las compañías farmacéuticas pueden producirlo a menor costo y quizá modificar su estruc- tura para aumentar su eficacia. 1. Investiga si el uso del taxol pudiera ser una amenaza para el árbol del tejo del Pacífico y si el riesgo aún es preocu- pante. 2. Construye ¿En qué se parecen las estructuras del ácido sali- cílico y del ácido acetilsalicílico (aspirina)? ¿En qué difieren? 3. Analiza las ventajas y desventajas del uso de las yerbas medicinales, de los fármacos naturales purificados y de los fármacos sintéticos. Adaptada de John S. Phillips, Victor S. Strozak y Cheryl Wistrom, Química. Conceptos y aplicaciones, McGraw-Hill Interamericana Editores, México, 2007, p. 32. Figura 1.28 Compuestos químicos naturales contra sintéticos En caso de un fuerte dolor de cabeza, ¿qué preferirías tomar, una aspirina o una taza de té de corteza de sauce? Después de años de investigación, los científicos produje- ron aspirina en el laboratorio a partir de ácido salicílico y an- hídrido acético, contiene un solo ingrediente activo, el ácido acetilsalicílico. La aspirina no es una sustancia pura, su estruc- tura es distinta y no produce el dolor de estómago tan agudo que provoca el ácido salicílico. Nuevos fármacos Cuando los científicos descubren en la naturaleza un nuevo compuesto químico que puede ser un tratamiento potencial o curar una enfermedad, ¿qué se hace? El procedimiento para elaborar fármacos seguros y eficaces es el siguiente: aislar y purificar el fármaco, determinar su com- posición y estructura, investigar cómo sintetizarlo, buscar una manera fácil y económica de producirlo en grandes cantida- des y tratar de cambiar la composición y estructura del com- puesto original para mejorar el modelo de la naturaleza. 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3601-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 36 4/20/12 12:25:26 PM4/20/12 12:25:26 PM
  45. 45. I. Anota en el paréntesis el inciso correcto y escribe en la línea la respuesta que complete la cuestión. 1. Fundamentalmente, la química estudia… ( ) a) la energía b) el núcleo atómico c) los alimentos d) la materia 2. La fotosíntesis es un ejemplo en el que se relaciona la química con la… ( ) a) física b) biología c) matemáticas d) astronomía 3. Necesidad básica del hombre que se satisface con el uso del cemento, entre otros productos… ( ) a) alimentación b) comunicación c) habitación d) vestido 4. Estudia los compuestos del carbono. ( ) a) química orgánica b) química inorgánica c) química analítica d) química general Palabras clave Lo que aprendí átomo, 21 calor específico, 29 caloría, 29 ciencia, 4 compuesto, 19 cristal líquido, 15 elemento, 19 energía, 28 energía limpia, 33 fenómeno físico, 27 fenómeno químico, 27 fisión, 32 fuentes de energía, 33 fusión, 32 gas, 13 heterogénea, 18 homogénea, 18 ley de la conservación de la materia, 33 líquido, 13 materia, 12 material amorfo, 16 método científico, 4 mezcla, 22 molécula, 21 plasma, 16 propiedad de la materia, 17 química, 6 reacción endotérmica, 29 reacción exotérmica, 29 sólido, 14 solución, 21 sustancia, 19 teoría, 4 teoría cinética molecular, 12 3737 Lo que aprendí 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3701-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 37 4/20/12 12:25:27 PM4/20/12 12:25:27 PM
  46. 46. Unidad 1 Objeto de estudio de la química 38 5. Constituyente de los que contribuye a la reducción de la capa de ozono… ( ) a) flúor b) hidrógeno c) cloro d) carbono 6. Tiene volumen y forma definidos… ( ) a) gas natural b) alcohol c) agua d) oxígeno 7. Materia cuyas partes se pueden separar mediante procedimientos físicos… ( ) a) compuesto b) elemento c) solución d) sustancia 8. Materia cuyas partes se pueden separar mediante procedimientos químicos… ( ) a) compuesto b) elemento c) solución d) mezcla 9. Ejemplo de elemento químico… ( ) a) alcohol b) agua c) sal de cocina d) dióxido de carbono 10. Sustancia que está formada por átomos de la misma clase… ( ) a) hierro b) agua c) azúcar d) monóxido de carbono 11. Escribe sobre la línea si el enunciado se refiere a ener- gía potencial o energía cinética. a) Una cucharada de azúcar __________________ b) Hule de un globo inflado c) Un aerolito d) Un litro de gasolina e) Una roca en lo alto de una montaña f) Un automóvil en movimiento 12. Indica qué cambios o manifestaciones de energía ocurren en los siguientes casos: a) Al encender la radio b) Al quemar un trozo de carbón c) Al usar un soplete de oxiacetileno d) Al prender una linterna 13. Escribe a la derecha de cada enunciado, si se trata de un fenómeno físico o químico. a) La oxidación de un clavo de hierro b) La evaporación del agua c) La formación de nubes d) Una vela quemándose e) El empañamiento de la plata 14. Escribe un ejemplo de cómo el hombre utiliza para su beneficio los cambios de la materia. a) Físicos b) Químicos c) Nucleares 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3801-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 38 4/20/12 12:25:28 PM4/20/12 12:25:28 PM
  47. 47. 3939 Lo que aprendí 15. Se tiene una mezcla formada por azufre, sal de cocina y agua. Enumera en orden los procedimientos que emplearías para separar estos componentes. decantación filtración sublimación evaporación destilación centrifugación separación por solubilidad 01-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 3901-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 39 4/20/12 12:25:28 PM4/20/12 12:25:28 PM
  48. 48. Unidad 2 Contenido ¿Cuánto sabes? 2.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos Lectura Los monitores para TV y computadoras y las luces de neón Manos a la obra Espectros de emisión 2.2 Modelo atómico de la mecánica ondulatoria y números cuánticos 2.3 Configuraciones electrónicas 2.4 Tabla periódica Lectura Cuentos de isótopos Manos a la obra Distribución electrónica 2.5 Principales familias de elementos Lectura Los fluoruros y la caries dental Actividades Lo que aprendí Los átomos son los bloques de construcción de la materia, pero éstos son grandes pedazos de vacío, ya que si imaginamos a uno de ellos del tamaño de una casa, su núcleo tendría la proporción de una canica, que es donde se concentra la masa del átomo. Estructura atómica y tabla periódica 02-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 4002-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 40 4/20/12 12:39:41 PM4/20/12 12:39:41 PM
  49. 49. Objetivo de la unidad El estudiante explicará la estructura y propiedades del átomo identificándolo como partícula fundamental de la materia, reconociendo su importancia, describiendo e interpretando los experimentos que llevaron a establecer los modelos atómicos y resaltando la importancia de la clasificación de los elementos químicos, para que de manera crítica y responsable valore el uso de modelos y las implicaciones de las investigaciones atómicas en el desarrollo de la disciplina y sus repercusiones en la sociedad. 02-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 4102-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 41 4/20/12 12:39:47 PM4/20/12 12:39:47 PM
  50. 50. Introducción Aunque no podemos verlos toda la materia está formada por átomos. En esta unidad estudiaremos con detalle cómo es su estructura y el llenado de los subniveles electró- nicos. Hablaremos de la clasificación de los elementos químicos a la que se le llama tabla periódica y en ella identificaremos a los elementos r epresentativos, de transi- ción y de transición interna, además localizaremos por sus propiedades a los metales, metaloides, no metales y gases nobles. 2.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos La palabra y su raíz ciencia Scientia (latín) conocimiento. Conjunto de métodos y técnicas para adquirir y organizar conocimientos sobre un cúmulo de fenómenos objetivos. 1. Menciona las partículas fundamentales que forman el átomo. 2. ¿Qué entiendes por radio? 3. Describe o dibuja lo que para ti es un átomo. 4. ¿Qué entiendes por incertidumbre? 5. Escribe lo que recuerdes de la tabla periódica. 6. ¿A qué te refieres cuando hablas de un grupo en la vida cotidiana? 7. ¿Qué entiendes por símbolo? 8. Escribe el nombre y símbolo de diez elementos químicos. 9. ¿Dónde has oído de semiconductores en tu vida diaria? ¿Cuánto sabes? Átomo se presenta mediante Modelos consta de Núcleo Envoltura como los de formado por formada por Protones Neutrones Electrones Dalton se les llama Nucleones Thomson Rutherford Bohr Sommerfeld Moderno Mapa conceptual 2.1 02-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 4202-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 42 4/20/12 12:39:53 PM4/20/12 12:39:53 PM
  51. 51. Estructura básica del átomo En la actualidad sabemos que el átomo consta de dos partes: el núcleo y la corteza o envoltura. Las partículas que interesan en el estudio de química general son el elec- trón, el protón y el neutrón, a las que llamamospartículas subatómicas fundamentales (figuras 2.1 y 2.2). Partículas subatómicas fundamentales A continuación se describen estas partículas subatómicas: • Electrón Los electrones son estables y forman la envoltura del átomo, su masa es prácticamente nula (9.11 × 10–28 g o 1/1830 la masa de un átomo de hidr ó- geno). • Protón Es estable y forma parte del núcleo de todos los átomos; su carga eléctrica es positiva y su masa es de 1.67 × 10–24 g. • Neutrón Junto con los protones, los neutrones constituyen el núcleo de los áto- mos (debido a esto a ambas par tículas se les llama nucleones). Los neutr ones no tienen carga eléctrica y su masa es ligeramente may or a la del pr otón (1.675 × 10–24 g).* * María del Consuelo Alcántara Barbosa, Química inorgánica moderna, México, ecl aisa, p . 68. Figura 2.1 Los electrones y protones son las unidades fundamentales de carga. La materia es de naturaleza eléctrica. 4343 2.1 Partículas subatómicas y modelos atómicos Figura 2.2 Partículas fundamentales de los átomos. Electrón (e– ) – + Protón (p+ ) Neutrón (n) Electrones (carga negativa) Protones (carga positiva) 02-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 4302-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 43 4/20/12 12:39:53 PM4/20/12 12:39:53 PM
  52. 52. Modelo atómico de Dalton Ya hemos indicado que el átomo está constituido por un núcleo positiv o formado por protones y neutrones, rodeado por una env oltura o corteza de electrones. Sin embargo, para llegar a esta conclusión, el hombre tuvo que seguir un camino bastan- te laborioso. A la civilización griega le debemos el concepto filosófico de átomo. Hace más de 2000 años el filósofo griego Demócrito, entre otros, indicó que al dividir la materia se tendría que llegar a una última partícula, la cual ya no se podría dividir; a ésta la llamó átomo, palabra que significa “indivisible”. Esta idea cayó en el olvido al no demostrarse, y fue hasta los años 1803-1808 que el químico inglés John Dalton la hizo renacer para explicar las r elaciones de masa que guardan entre sí todas las sustancias. La teoría atómica de Dalton se basa en los siguientes enunciados: 1. Las sustancias simples (elementos) están formadas por la unión de átomos iguales, cuyo peso es invariable y característico. 2. Las sustancias compuestas se forman al unirse átomos de diversos elementos, áto- mos que nunca se dividen, sino que entran enteros en la combinación formada. 3. Todos los átomos de un elemento son exactamente iguales entre sí, particularmen- te en peso, pero diferentes a los átomos de otros elementos. Aun cuando en la actualidad conocemos ciertas inexactitudes de la teoría atómica de Dalton, su importancia es indiscutible e influyó, de manera extraordinaria, en la forma de pensar de los químicos durante más de un siglo. Después de Dalton y principalmente a finales del siglo xix, se realizaron descubri- mientos muy importantes. Rayos catódicos En 1875, sir Wiliam Crookes inventó el tubo de rayos catódicos (figuras 2.4 y 2.5). Los rayos catódicos son electrones que se dirigen del cátodo (–) al ánodo (+). ¿Sabías que...? Demócrito creía que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles llamadas átomos. Figura 2.3 Representación del átomo de Dalton. Se caracteriza por su masa. Figura 2.4 Tubo de rayos catódicos. Figura 2.5 Tubo de rayos catódicos con rehilete. Unidad 2 Estructura atómica y tabla periódica 44 A la bomba de vacío – + + Fuente de corriente eléctrica de alto voltaje – + 02-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 4402-RECIO_QUIMICA_INORG.indd 44 4/20/12 12:39:54 PM4/20/12 12:39:54 PM

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