Química raymond chang

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Novena edición
RAYMOND
HANG

1
lA
18
8A
1
C!J==Número"Oro;"
2
HFHe
Hidrógeno2Flúor1314151617Helio
1.008
2A19.00Masaatómica3A4ASA6A7A4.003
3456789.,.10
LiBeBCNOFNe
LitioBerilioBoroCamonoNill1igen~OxígenoAúorNeón
6.949.01210.8112.0114.0116.0019.0020.18
1112131415161718
NaMgAlSiPSCIAr
SodioMagnesio3456789101112AluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
22.9924.31
3B4BSB6B7Br---8B-----¡lB2B26.9828.0930.9732.0735.4539.95
192021222324252627282930313233343536
KCaSeTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr
POIasioCalcioEscandio1itanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGennanioArsénicoSelenioBromoCri~ón
39.1040.0844.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9358.6963.5565.3969.7272.5974.9278.9679.9083.80
373839404142434445464748495051525354
RbSrYZrNbMoTeRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe
Rubidio&tronciolirioZirconioNiobioMolibdenoTecnedoRutenioRodíoPaladioPlataCadmiolodioEs~ñoAntimonioTelurioYodoXenón
85.4787.6288.9191.2292.9195.94(98)10l.!102.9106.4107.9112.4114.8118.7121.8127.6126.9131.3
555657727374757677787980818283848586
CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTIPbBiPoAtRn
CesioBarioLantanoHalnioTántaloTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurioTalioPlomoBismuloPolonioAslatoRadón
132.9137.3138.9178.5180.9183.9186.2190.2192.2195.1197.0200.6204.4207.2209.0(210)(210)(222)
878889104105106107108109110111112(113)114(115)116(U7)(118)
FrRaAeRfDbSgBhHsMtDsRg
FranciaRadioActinioRul!JerfordioDubníoSeaborgioBohrioHassioMeitnenoDarmsladlÍoR~ntgenio
(223)(226)(227)(257)(260)(263)(262)(265)(266)(269).(272)
~Metales
,.
5859606162-6364.65666768697071
CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
CenoPraseodimioNeodimioPro""ioSamarioEuropioGadolinioTemioDisprosioHolmioErbioTulio!terbíoLaecio
Metaloides140.1140.9144.2(147)150.4152.0157.3158.9162.5164.9167.3168.9173".0175.0
909192939495969798991001011021O~
ThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr
NometalesTonoProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmcricioCunoBerielioCalifomíoEinstenioFennioMendelevioNobeliouUTencio
232.0(231)238.0(237)(242)(243)(247)(247)(249)(254)(253)(256)(254)(257)
Ladesignacióndelgrupo1-18hasidorecomendadaporlaIntemationalUnionofPureandAppliedChemistry(ruPAC)peroaúnnoestáenuso.Enestetextoseusalanotación
..estadounidenseestándarparalosgrupos(lA-8Ay1B-8B).Nosehanasignadonombresparaloselementos112,114Y116.Loselementos113,115,117Y118todavíanose
hansintetizado.
http://carlos2524.jimdo.com/

Lista de elementos con sus símbolos y masas atómicas*
Número Masa Número Masa
Elemento ~mbolo atómico atómica* Elemento Símbolo atómico atómica**
Actinio Ac 89 (227) Lutecio Lu 71 175.0
Aluminio Al 13 26.98 Magnesio Mg 12 24.31
Americio Am 95 (243) Manganeso Mn 25 54.94
Antimonio Sb 51 121.8 Meitnerio Mt 109 (266)
Argón Al' 18 39.95 Mendelevio Md 101 (256)
Arsénico As 33 74.92 Mercurio Hg 80 200.6
Astato At 85 (210) Molibdeno Mo 42 95.94
Azufre S 16 32.07 Neodimio Nd 60 144.2
Bario Ba 56 137.3 Neón Ne 10 20.18
Berilio Be 4 9.012 Neptunio Np 93 (237)
Berkelio Bk 97 (247) Niobio Nb 41 92.91
Bismuto Bi 83 209.0 Níquel Ni 28 58.69
Bohrio Bh 107 (262) Nitrógeno N 7 14.01
. Boro B 5 10.81 Nobelio No 102 (253)
Bromo Br 35 79.90 Oro Au 79 197.0
Cadmio Cd 48 112.4 Osmio Os 76 190.2
Calcio Ca 20 40.08 Oxígeno O 8 16.00
Californio Cf 98 (249) Paladio Pd 46 106.4
Carbono C 6 12.01 Plata Ag 47 107.9
Cerio Ce 58 140.1 Platino Pt 78 195.1
Cesio Cs 55 132.9 Plomo Pb 82 207.2
Cloro CI 17 35.45 Plutonio Pu 94 (242)
Cobalto Co 27 58.93 Polonio Po 84 (210)
Cobre Cu' 29 63.55 Potasio K 19 39.10
Criptón Kr 36 83.80 Praseodimio Pr 59 140.9
Cromo Cr 24 52.00 Proactinio Pa 91 (231)
Curio Cm 96 (247) Prometio Pm 61 (147)
Darmstadtio Ds 110 (269) Radio Ra 88 (226)
Disprosio Dy 66 162.5 Radón Rn 86 (222)
Dubnio Db 105 (260) Renio Re 75 186.2
Einstenio Es 99 (254) Rodio Rh 45 102.9
Erbio El' 68 167.3 Roentgenio Rg 111 (272)
Escandio Sc 21 44.96 Rubidio Rb 37 85.47
Estaño Sn 50 118.7 Rutenio Ru 44 101.1
Estroncio Sr 38 . 87.62 Ruterfordio Rf 104 (257)
Europio Eu 63 152.0 Sarnario Sm 62 150.4
Fermio Fm 100 (253) Seaborgio Sg 106 (263)
Flúor F 9 19.00 Selenio Se 34 78.96
Fósforo P 15 30.97 Silicio Si 14 28.09
Francio Fr 87 (223) Sodio Na 11 22.99
Gadolinio Gd 64 157.3 Talio TI 81 204.4
Galio Ga 31 69.72 Tántalo Ta 73 180.9
Germanio Ge 32 72.59 Tecnecio Tc 43 (99)
Hafnio Hf 72 178.5 Telurio Te 52 127.6
Hassio Hs 108 (265) Terbio Tb 65 158.9
Helio He 2 4.003 Titanio Ti 22 47.88
Hidrógeno H 1 1.008 Torio Th 90 232.0
Hierro Fe 26 55.85 Tulio Tm 69 168.9
Holmio Ho 67 164.9 Tungsteno W 74 183.9
Indio In 49 114.8 Uranio U 92 238.0
Iridio Ir 77 192.2 Vanadio V 23 50.94
Iterbio Yb 70 173.0 Xenón Xe 54 131.3
Itrio Y 39 88.91 Yodo 1 53 126.9
Lantano La 57 138.9 Zinc Zn 30 65.39
Laurencio Lr 103 (257) Zirconio Zr 40 91.22
Litio Li 3 6.941
* Todas las masas atómicas tienen cuatro cifras significativas. Estos valores son los que recomienda el Comité para la enseñanza de la química de la lnternational Unian
of Pure and Applied Chemistry,
** Los valores aproximados de las masas atómicas se señalan entre paréntesis.

Química

Química
Novena edición
Raymond
CHANG
Williams College
Revisión técnica:
Rosa Zugazagoitia Herranz
Profesora de Química
Universidad Autónoma Metropolitana, Xochimilco
UNAM, Facultad de Ciencias
....---- --
José Clemente Reza
Profesor titular de Química General
ESIQIE, Instituto Politécnico Nacional
OD31 .2 C454 2007
RAYMOND CHANG
1111/1111111111111111111111111111111111111111111111111111111
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OUIMICA
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MÉXICO· BOGé>TÁ· BUENOS AIRES· CARACAS· GUATEMALA· LISBOA· MADRID
NUEVA YORK. SAN JUAN • SANTIAGO· AUCKLAND· LONDRES. MILÁN
MONTREAL • NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO • SINGAPUR • SAN LUIS • SIDNEY • TORONTO

Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos
Director editorial: Ricardo A. del Bosque Alayón
Editor spousor: Pablo E. Roig Vázquez
Editora de desarrollo: Lorena Campa Rojas
Supervisor de producción: Zeferino García García
Traducción: Erika Jasso Hernán D'Bourneville
QUÍMICA
Novena edición
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra,
por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor.
_ McGraw-Hill
_ Inleramericana
DERECHOS RESERVADOS © 2007 respecto a la novena edición en español por
McGRAW-HILLIINTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE c.v.
A Subsidiary ofThe McGraw-Hill Companies, ¡ne.
Edificio 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: 978-970-10-6111-4
ISBN-lO: 970-10-6111-X
Traducido de la novena edición de: CHEMISTRY by Raymond Chang
Copyright © 2007 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.
La sección de créditos para este libro comienza en la página C- t y_se considera como. una extensión
de la página legal.
ISBN-lO: 0-07-298060-5
ISBN-13: 978-0-07-298060-8
34567890
Impreso en China por CTPS
09765432108
Printed in China by CTPS
The McGraw-HIIICompanles "';~,

Acerca del autor
Raymond Chang nació en Hong Kong y creció en Shangai y en
Hong Kong. Obtuvo la licenciatura en química por la London University,
en Inglaterra y se doctoró en química en Yale University. Después de rea-
lizar su investigación posdoctoral en Washington University y enseñar du-
rante un año en Hunter College of the City University of New York, se
unió al departamento de química en Williams College, donde ha enseña-
do desde 1968.
El profesor Chang ha prestado sus servicios en el American Chemi-
cal Society Examination Comrnittee, el National Chemistry Olympiad
Examination Comrnittee y. el Graduate Record Examinations (GRE)
Comrnittee. Es editor de la obra titulada The Chemical Educator. El pro-
fesor Chang ha escrito libros sobre fisicoquímica, química industrial y
ciencia física. También ha participado como autor de libros sobre el idio-
ma chino, libros infantiles de fotografías y una novela de literatura juve-
nil.
Para relajarse, el profesor Chang cultiva un jardín selvático, juega te-
nis, ping-pong, toca la harmónica y practica el violín.
Imágenes de la portada
A la izquierda complejo Pb2
+- AEDT. En medio: mapa del potencial electrostáti-
co que muestra la conformación del H2 a partir de dos átomos de H. A la derecha:
estructura helicoidal-a de una molécula de proteína.
v

1 Química: el estudio del cambio 2
2 Átomos, moléculas e iones 40
3 Relaciones de masa en las reacciones químicas 76
4 Reacciones en disolución acuosa 118
5 Gases 168
6 Termoquímica 222
7 La teoría cuántica y la estructura electrónica de los átomos 266
8 Relaciones periódicas entre los elementos 314
9 Enlace químico 1: Conceptos básicos 356
10 Enlace químico 11: Geometría molecular e hibridación
de orbitales atómicos 398
11 Fuerzas intermoleculares y líquidos y sólidos 450
12 Propiedades físicas de las disoluciones 502
13 Cinética química 544
14 Equilibrio químico 600
15 Ácidos y bases 644
16 Equilibrios ácido-base y equilibrios de solubilidad 696
17 Química en la atmósfera 750
18 Entropía, energía libre y equilibrio 782
19 Electroquímica 818
20 Metalurgia y la química de los metales 866
21 Elementos no metálicos y sus compuestos 894
22 Química de los metales de transición y compuestos
de coordinación 934
23 Química nuclear 966
24 Química orgánica 1002
25 Polímeros orgánicos sintéticos y naturales 1038
Apéndice 1 Derivación de nombres de los elementos
Apéndice 2 Unidades para la constante de los gases
Apéndice 3 Datos termodinámicos a 1 atm y 25°C
Apéndice 4 Operaciones matemáticas A-13
A-1
A-7
A-8
vii

Lista de aplicaciones xxi
Prefacio xxiii
Una nota para el estudiante xxxi
Química: el estudio del cambio 2
1.1 Química: una ciencia para el siglo XXI 4
1.2 El estudio de la química 7
1.3 El método científico 8
LA QUíMICA en acción
El helio primordial y la teoría del Big-Bang 10
1.4 Clasificación de la materia 11
1.5 Los tres estados de la materia 13
1.6 Propiedades físicas y químicas de la materia 14
1.7 Mediciones 15
La importancia de las unidades 20
1.8 El manejo de los números 21
1.9 Análisis dimensional en la resolución de problemas 27
Resumen de datos y conceptos 31
Palabras clave 31
Preguntas y problemas 31
MISTERIO de la química
La desaparición de los dinosaurios 38
Átomos, moléculas e iones 40
2.1 La teoría atómica 42
2.2 La estructura del átomo 43
2.3 Número atómico, número de masa e isótopos 49
2.4 La tabla periódica 50
Distribución de los elementos en la Tierra
y en los sistemas vivos 52
2.5 Moléculas e iones 53
2.6 Fórmulas químicas 54
IX

x .Contenido
2.7 Nomenclatura de los compuestos 59
2.8 Introducción a los compuestos orgánkos 68
Palabras clave 70
. Preguntas y problemas 70
Relaciones de masa en las
reacciones químicas 76
3.1 Masa atómica 78
3.2 Número de Avogadro y masa molar de un elemento 79
3.3 Masa molecular 83
3.4 El espectrómetro de masas 86
3.5 Composición porcentual de los compuestos 86
3.6 Determinación experimental de fórmulas empíricas 90
3.7 Reacciones químicas y ecuaciones químicas 92
3.8 Cantidades de reactivos y productos 97
3.9 Reactivos limitantes 101
3.10 Rendimiento de reacción 103
Fertilizantes químicos 104
Palabras clave 107
Reacciones en disolución acuosa
4.1 Propiedades generales de las disoluciones acuosas
4.2 Reacciones de precipitación 122
Una reacción de precipitación indeseable 126
4.3 Reacciones ácido-base 127
4.4 Reacciones oxidación-reducción 131
Alcoholímetro 143
4.5 Concentración de las disoluciones 142
4.6 Análisis gravimétrico 148
4.7
4.8
Valoraciones ácido-base 150
Valoraciones redox 153
Metal proveniente del mar 155
Palabras clave 156
Preguntas y problemas J57
118
120

¿Quién asesinó a Napoleón?
Gases 168
Contenido
166
5.1 Sustancias que existen como gases 170
5.2 Presión de un gas 171
5.3 Las leyes de los gases 175
5.4 Ecuación del gas ideal 181
5.5 La estequiometría de los gases 190
5.6 Ley de Dalton de las presiones parciales 192
5.7 La teoría cinética molecular de los gases 197
El buceo y las leyes de los gases 198
Átomos enfriados 205
5.8 Desviación del comportamiento ideal 206
Palabras clave 209
Pregu:ntas Y problemas 209
Sin oxígeno 220
Termoquímica 222
6.1 Naturaleza y tipos de energía 224
6.2 Cambios de energía en las reacciones químicas 225
6.3 Introducción a la termodinámica 227
6.4 Entalpía de las reacciones químicas 232
Fabricar nieve e inflar un neumático de bicicleta 233
6.5 Calorimetría 239
Valores energéticos de los alimentos y otras sustancias 245
6.6 Entalpía estándar de formación y de reacción 246
Cómo se defiende el escarabajo bombardero 251
6.7 Calor de disolución y de dilución 252
Palabras clave 254
El neumático explosivo 264
xi

Xll Contenido
Teoría cuántica y la estructura
electrónica de los átomos 266
7.1 De la física clásica a la teoría cuántica 268
7.2 El efecto fotoeléctrico 272
7.3 Teoría de Bohr del átomo de hidrógeno 274
7.4 La naturaleza dual del electrón 279
Láser: la luz esplendorosa 280
Microscopía electrónica 283
7.5 Mecánica cuántica 283
7.6 Números cuánticos 286
7.7 Orbitales atómicos 288
7.8 Configuración electrónica 292
7.9 El principio de construcción 298
Palabras clave 303
Descubrimiento del helio y el surgimiento y caída del coronio
Relaciones periódicas
entre los elementos 314
8.1 Desarrollo de la tabla periódica 316
8.2 Clasificación periódica de los elementos 318
8.3 Variaciones periódicas de las propiedades físicas 322
¿El tercer elemento líquido? 329
8.4 Energía de ionización 329
8.5 Afinidad electrónica 333
8.6 Variación de las propiedades químicas
de los elementos representativos 335
El descubrimiento de los gases nobles 346
Palabras clave 348
312

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e J. ~ p~_f-L
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6 S~ - t.J~'¡';-- -'&'"
F cttlj tl}';- ~-, el
~U~
Contenido xiii
Enlace químico 1: Conceptos básicos 356
9.1 Símbolos de puntos de Lewis 358
9.2 El enlace iónico 359
9.3 Energía reticular de los compuestos iónicos 361
~
Cloruro de sodio: un compuesto iónico común e importante 365
9.4 El enlace covalente 366
9.5 Electronegatividad 369
9.6 Escritura de las estructuras de Lewis 372
9.7 Carga formal y estructura de Lewis 375
9.8 El concepto de resonancia 377
9.9 Excepciones a la regla del octeto 379
Sólo diga NO 384
9.10 Entalpía de enlace 385
Palabras clave 390
Enlace químico II: Geometría molecular
e hibridación de orbitales atómicos 398
10.1 Geometría molecular 400
10.2 Momento dipolar 409
Los hornos de microondas: el momento dipolar en acción 412
10.3 Teoría del enlace valencia 415
10.4 Hibridación de orbitales atómicos 417
10.5 Hibridación en moléculas que contienen enlaces dobles
y triples 426
10.6 Teoría del orbital molecular 429
10.7 Configuraciones de orbitales moleculares 432
10.8 Orbitales moleculares deslocalizados 437
El buckybalón 440
Palabras clave 442
/

xiv Contenido
Fuerzas intermoleculares
y líquidos y sólidos 450
11.1 La teoría cinética molecular de líquidos y sólidos 452
11.2 Fuerzas intermoleculares 453
11.3 Propiedades de los líquidos 459
11.4 Estructura cristalina 462
¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? 463
11.5 Difracción de rayos X por los cristales 469
11.6 Tipos de cristales 471
Superconductores a altas temperaturas 476
11.7 Sólidos amorfos 476
y todo por un botón 478
11.8 Cambios de fase 479
11.9 Diagramas de fase 488
Hervir un huevo en la cima de una montaña,
las ollas de presión y el patinaje sobre hielo 490
Cristales líquidos 491
Palabras clave 493
Propiedades físicas
de las disoluciones 502
12.1 Tipos de disoluciones 504
12.2 Enfoque molecular del proceso de disolución 505
12.3 Unidades de concentración 507
12.4 Efecto de la temperatura en la solubilidad 511
12.5 Efecto de la presión en la solubilidad de los gases 513
12.6 Propiedades coligativas de las disoluciones de no electrólitos 515
El lago asesino 516
12.7 Propiedades coligativas de las disoluciones de electrólitos 528
Desalinización 530
12.8 Coloides 530
Palabras clave •534
El cuchillo equivocado 542

Contenido
Cinética química 544
13.1 La velocidad de una reacción 546
13.2 Ley de la velocidad 553
13.3 Relación entre la concentración de reactivos y el tiempo 557
Determinación de la edad del Sudario de Turín 568
13.4 Constantes de velocidad y su dependencia
de la energía de activación y de la temperatura 568
13.5 Mecanismos de reacción 575
Femtoquímica 580
13.6 Catálisis 581
Palabras clave 589
Equilibrio químico 600
14.1 El concepto de equilibrio y la constante de equilibrio 602
14.2 Escritura de las expresiones de las constantes de equilibrio 604
14.3 Relación ente cinética química y equilibrio químico 616
14.4 ¿Qué información proporciona la constante de equilibrio? 617
14.5 Factores que afectan el equilibrio químico 623
La vida a grandes alturas y la producción de hemoglobina 630
El proceso Haber 631
Palabras clave 632
Ácidos y bases 644
15.1 Ácidos y.bases de Br¡;lnsted 646
15.2 Propiedades ácido-base del agua 647
15.3 El pH: una medida de la acidez 649
15.4 Fuerza de los ácidos y las bases 652
15.5 Ácidos débiles y la constante de ionización de un ácido 656
15.6 Bases débiles y la constante de ionización de una base 663
15.7 Relación entre las constantes de ionización de los ácidos
15.8
15.9
y sus bases conjugadas 665
Ácidos dipróticos y polipróticos 666
Estructura molecular y fuerza de los ácidos
15.10 Propiedades ácido-base de las sales 674
670
15.11 Propiedades ácido-base de los óxidos y los hidróxidos 679
xv

xvi Contenido
15.12 Ácidos y bases de Lewis 682
Antiácidos y el balance del pH en el estómago 684
Palabras clave 686
La descomposición de los papeles 694
Equilibrios ácido-base y equilibrios
de solubilidad 696
16.1 Comparación entre los equilibrios homogéneo
y heterogéneo en disolución 698
16.2 Efecto del ion común 698
16.3 Disoluciones amortiguadoras 701
Mantenimiento del pH de la sangre 706
16.4 Valoraciones ácido-base 708
16.5 Indicadores ácido-base 716
16.6 Equilibrios de solubilidad 718
16.7 Separación de iones por precipitación fraccionada 725
16.8 El efecto del ion común y la solubilidad 727
16.9 El pH Yla solubilidad 728
16.10 Los equilibrios de iones complejos y la solubilidad 731
¿Cómo se forma un cascarón de huevo 737
16.11 Aplicación del principio del producto de solubilidad
al análisis cualitativo 737
Palabras clave 740
Un duro bocadillo 748
Química en la atmósfera 750
17.1 La atmósfera terrestre 752
17.2 Los fenómenos en las capas externas de la atmósfera 755
17.3 Disminución del ozono en la estratosfera 757
17.4 Los volcanes 762
17.5 El efecto invernadero 763
17.6 La lluvia ácida 767
17.7 El esmog fotoquímico 771
17.8 Contaminación doméstica 773

Contenido xvii
Palabras clave 776
Entropía, energía libre y equilibrio 782
18.1 Las tres leyes de la termodinámica 784
18.2 Los procesos espontáneos 784
18.3 Entropía 785
18.4 La segunda ley de la termodinámica 790
La eficiencia de las máquinas térmicas 796
18.5 La energía libre de Gibbs 796
18.6 La energía libre y el equilibrio químico 803
La termodinámica de una liga 807
18.7 La termodinámica en los sistemas vivos 808
Palabras clave 810
Electroquímica 818
19.1 Reacciones redox 820
19.2 Celdas electroquímicas 823
19.3 Potenciales estándar de reducción 825
19.4 Espontaneidad de las reacciones redox 831
19.5 Efecto de la concentración sobre la fem de la celda 834
19.6 Baterías 839
Energía bacteriana 843
19.7 Corrosión 844
19.8 Electrólisis 848
Molestia producida por las amalgamas dentales 853
Palabras clave 855
Agua sucia 864

XVlll Contenido
Metalurgia y la química
de los metales 866
20.1 Abundancia de los metales 868
20.2 Procesos metalúrgicos 868
20.3 Teoría de las bandas de conductividad 876
20.4 Tendencias periódicas de las propiedades metálicas 878
20.5 Los metales alcalinos 879
20.6 Los metales alcalinotérreos 883
20.7 Aluminio 885
Reciclado de aluminio 888
Palabras clavi; 889
Elementos no metálicos
y sus compuestos 894
21.1 Propiedades generales de los no metales 896
21.2 Hidrógeno 896
Hidrógeno metálico 901
21.3 Carbono 902
Gas sintético a partir del carbón 905
21.4 Nitrógeno y fósforo 906
21.5
21.6
Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo 913
Oxígeno y azufre
Los halógenos
914
921
Palabras clave 929
Química de los metales de transición
y compuestos de coordinación 934
22.1 Propiedades de los metales de transición 936
22.2 La química del hierro y del cobre 939
22.3 Compuestos de coordinación 940
22.4 Estructura de los compuestos de coordinación 946
22.5 El enlace en los compuestos de coordinación: teoría del campo
cristalino 949
22.6 Reacciones de los compuestos de coordinación 955
22.7 Aplicaciones de los compuestos de coordinación 955

Contenido xix
Compuestos de coordinación en los sistemas vivos 956
Cisplatino: el medicamento anticancerígeno 958
Palabras clave 960
Preguntas y problemas •960
Datación de pinturas con el azul de Prusia 964
Química nuclear 966
23.1 L a naturaleza de las reacciones nucleares 968
23.2 Estabilidad nuclear 970
23.3 Radiactividad natural 975
23.4 Transmutación nuclear 978
23.5 Fisión nuclear 981
El reactor de fisión nuclear de la naturaleza 986
23.6 Fusión nuclear 987
23.7 Aplicaciones de los isótopos 989
23.8 Efectos biológicos de la radiación 991
Irradiación de los alimentos 993
Palabras clave 994
El arte de la falsificación en el siglo xx 1000
Química orgánica 1002
24.1 Clases de compuestos orgánicos 1004
24.2 Hidrocarburos alifáticos 1004
Hielo que se quema 1016
24.3 Hidrocarburos aromáticos 1017
24.4 Química de los grupos funcionales 1020
La industria del petróleo 1026
Palabras clave 1029
La desaparición de huellas digitales 1036

xx Contenido
Polímeros orgánicos sintéticos
y naturales 1038
25.1 Propiedades de los polímeros 1040
25.2 Polímeros orgánicos sintéticos 1040
25.3 Proteínas 1045
Anemia de células falciformes: una enfermedad molecular 1052
25.4 Ácidos nucleicos 1054
Huella digital del DNA 1057
Palabras clave 1058
Una historia que le erizará los cabellos 1062
Apéndice 1 Derivación de los nombres de los elementos A-1
Apéndice 2 Unidades para la constante de los gases A-7
Apéndice 3 Datos termodinámicos a 1 atm y 25°C A-8
Apéndice 4 Operaciones matemáticas A-13
Glosario G-1
Respuestas a problemas pares AP-l
Créditos C-1
Índice 1-1

El enunciado de apertura de esta obra es: "La química es una ciencia activa y en evolución,
de una importancia vital para nuestro mundo, tanto en el ámbito de la naturaleza como en
el de la sociedad." A través de este texto, las secciones tituladas La química en acción y
Misterio de la química presentan ejemplos de química específicos que muestran su activi-
dad y su evolución en todas las facetas de nuestras vidas.
El helio primordial y la teoría del Big-Bang
La importancia de las unidades
Distribución de los elementos en la Tierra y en los sistemas vivos
Fertilizantes químicos
Una reacción de precipitación indeseable
Alcoholímetro
Metal proveniente del mar
El buceo y las leyes de los gases
Átomos superenfriados
Fabricar nieve e inflar un neumático de bicicleta
Valores energéticos de los alimentos y otras sustancias
Cómo se defiende el escarabajo bombardero
Láser: la luz esplendorosa
Microscopía electrónica
¿El tercer elemento líquido?
El descubrimiento de los gases nobles
Cloruro de sodio: un compuesto iónico común e importante
Sólo diga NO
Los hornos de microondas: el momento dipolar en acción
El buckybalón
¿Por qué los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo?
Superconductores a altas temperaturas
y todo por un botón
Hervir un huevo en la cima de una montaña, las ollas de presión
y el patinaje sobre hielo
Cristales líquidos
El lago asesino
Desalinización
Determinación de la edad del Sudario de Turín
Femtoquímica
La vida a grandes alturas y la producción de hemoglobina
El proceso Haber
Antiácidos y el balance del pH en el estómago
10
20
52
104
126
143
155
198
205
233
245
251
280
283
329
346
365
384
412
440
463
476
478
490
491
516
530
568
580
630
631
684
xxi

xxii Lista de aplicaciones
Mantenimiento del pH de la sange
¿Cómo se forma un cascarón de huevo?
La eficiencia de las máquinas térmicas
La termodinámica de una liga
Energía bacteriana
Molestia producida por las amalgamas dentales
Reciclado del aluminio
Hidrógeno metálico
Gas sintético a partir del carbón
Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo
Compuestos de coordinación en los sistemas vivos
Cisplatino: el medicamento anticancerígeno
El reactor de fisión nuclear de la naturaleza
Irradiación de los alimentos
Hielo que se quema
La industria del petróleo
Anemia de células falciformes: una enfermedad molecular
Huella digital del ADN
La desaparición de los dinosaurios
¿Quién asesinó a Napoleón?
Sin oxígeno
El neumático explosivo
Descubrimiento del helio y el surgimiento y caída del coronio
El cuchillo equivocado
La descomposición de los papeles
Un duro bocadillo
Agua sucia
Datación de pinturas con el azul de Prusia
El arte de la falsificación en el siglo xx
La desaparición de huellas digitales
Una historia que le erizará los cabellos
706
736
796
807
843
853
888
901
905
913
956
958
986
993
1016
1026
1052
1057
38
166
220
264
312
542
694
748
864
964
1000
1036
1062

D
esde la primera edición, mi intención ha sido escri-
bir un libro de química general que proporcionara
una base sólida de los conceptos y principios quími-
cos, y que infundiera en los estudiantes una apreciación de la
parte vital que tiene la química en nuestra vida diaria. Es mi
responsabilidad como a~tor de este libro de texto ayudar tan-
to a los profesores como a sus estudiantes a alcanzar este ob-
jetivo mediante la presentación clara y lógica de una amplia
gama de temas. Siempre que ha sido posible he tratado de
encontrar un balance entre la teoría y la práctica, y de ilus-
trar los principios básicos con ejemplos cotidianos. Pero
sobre todo, el objetivo principal ha sido escribir un texto
comprensible y claro.
Con cada nueva edición he tratado de mejorar la peda-
gogía empleada para desarrollar en los estudiantes habilida-
des de pensamiento crítico y de resolución de problemas, así
como encontrar formas nuevas y efectivas para presentar
conceptos químicos abstractos.
Lo nuevo en esta edición
Muchas secciones de este texto han sido revisadas y actuali-
zadas gracias a los comentarios de revisores y usuarios. A
continuación se muestran algunos ejemplos:
o Las páginas de apertura de cada capítulo cuentan con
una sección titulada "Avance del capítulo", la cual pro-
porciona a los estudiantes una visión general de los te-
mas que se abordarán en el mismo.
o Todas las ecuaciones y respuestas para la mayor parte de
los ejercicios resueltos se encuentran sombreadas para
facilitar su ubicación visual en el texto.
o Se ha agregado una introducción a los compuestos orgá-
nicos en la sección 2.8.
o Se ha revisado el tema del capítulo 4 que trata los tipos
de reacciones (precipitación y ácido-base).
o Se ha awpliado el análisis de la difusión y efusión de ga-
ses de la sección 5.7.
o En la sección 13.3 ahora se analizan las reacciones de
orden cero, además de las reacciones de primer y segun-
do orden.
o En la sección 15.3 se compara la definición del pH con
los conceptos de concentración y actividad.
o Se han actualizado varios ensayos de las secciones titu-
ladas La química en acción y se agregaron dos nuevos a
los capítulos 11 y 19.
o Se ha añadido un nuevo Misterio de la química al capí-
tulo 7.
o Al igual que en la edición anterior se ha logrado una
buena mezcla de problemas fáciles, intermedios y difíci-
les al final de cada capítulo. Además de los problemas
especiales se agregó una nueva categoría que contiene
otros aún más desafiantes.
xxiii

xxiv Prefacio
Arte
Como siempre, me he esmerado por lograr un diseño limpio pero atractivo a la vista. Cada
capítulo abre con dos páginas que contienen una foto acompañada de sus correspondientes
modelos moleculares para ilustrar el proceso físico o químico a nivel molecular.
Un globo leno de tt;drOgenoe~
pIo1aalcalenlarlocoo l1li8 llama.
E1hidrógenogaseosQteaCciona
con el (lldgeno que está en el a;.
re para klrrnar vapor de '9U3-La
quiTOcae$elesIu(Ii;)delaspoo.
piedades de la materia y óGlos
C3IT"bios que ésIa e>cpeomeru.
lo&lT"C>deIosp¡-tr.iCf1UInlasrn>
lé<:tJIas de hidlOgeoo. adgeno Y
El estudio del cambio
1. 1 Qufmíc;l: una cicneia p::I1Lc:I siglo XXI
f;l cslooiodelaqu[mic:l
103 I'.lmé(oOOciemifico
Cla~; tkacióndc lamnl"ria
L<)l lrcscsla<k,,<ielamatcria
l'ropied3desfisic;lsyquími«lSdelamaleria
Mediciones
F..1m;.ncjodeIOllnÚmeros
An~li.~ i s dimc<lsio<lal en In resolución de problcrnas
AVANCE DEL CAPíTULO
• E.~te <::1(>11110 da ¡nido ron Unol breve ¡nlraducción al estudio de la qulmica)" su función dcmm
de la sociedad moderna. (1 .1 y 1.2)
• A continuxión se oonoccrnn las bases del rntlodo cien.mm. el ~u.ll es lII13 metodología ';51".
mitic:apamlainvesligacioo cnlotbslasdisciplil:lS.(1.3)
• Sedefonirj elr.:onceptodcmaccriayseob!;er.;u-:l que una sustaOOapur.lpuNo:iiCrundc,""n.
100 un compuesto. Scdi>tinguir.1 enlre un;¡ mCICla homogáIea y una hclcrogénca. Se apmldc-
r.lquc.cnprincipio.lO<b lamatcriapunleu¡sti .enClóllqukl'lldctrn~sólido. l fquido
opseoso.(1.4 y I.S)
• P3ra~zarunasusunciacsnecesariot'OllOCeTwspropic<bdcsflsic:ls,bsCUJlcs_ob
scr"o':lblcs sin 'luc sus prop;cd:ldes q ufmit:15 e identidad sufran cambio :JIguoo,loqlX' sólo pue.
de demostnrse medianlc cambios qulmiCO!i. ( 1.6)
• Debidoaquclaquímicacsunacienci;¡uperirnell:>l.implicadusode lasmediciones.Scoo-
nocerán las unidada básicasdcl SI (SiSlem:> Imcmacional de medidas) y se cmple:lrán sus uni·
dJdes dcri,Oldas en cantidades C()OI() el lIOIurl"lCn y la densidad. Tambi4!n se estudiar:ln las lres
cscalasdc lempenllur.l: Celsius, Fahmlheil y Kclvin. (1.7)
• Con rrccucncia,loscllculos químicos implican el usodecantid:xles muy pequclbso mu)' grnn-
dc$, 'j una m.mern ~ieOI~ paro tratar oon algunas de eStaS eifr.!.' es la nouciÓl1 científic,..
En los cá!eul<>s O mfflici~..ad.lC"~midaddebe present:lrel núm~~U:ldl)<k cir....~$ sigoi-
ficali,,,,,, Ia.'queoom:sponden ndrgilos importanles. (1 .8)
• Por último, se ~nl~ nde¡;j la utilidad del ,'o~I;, i s dimensional para los cálculos quími.)!. Al l1e
v;lrc~da unidad a lo I~rgu de la secuencia compl' la de cálculos. lodas I~s lnid,odcs .'Ccancebn.
a excepdón de lacmllidad buscada. ( 1.9)
L~~~:!~a~1::I~~=~~~;:;i:!~~~':s~:~=~~:~g:~l~nq:~:r;:::~CI:
dos se:midos una ciencia moderna. como se: wr.l poco más adcl,uue.
Se iniciará el estudio de la químic:l en el ni".:! macroscópico. ~-n. el que es posible obsc:r"ar y
mctJir l(X<rn:lcriales que formannUCSlromundo.Enestec:tpilulose:anali"L:U":ielm~UloJocicnlifiro,
que es b rose par.! b im-.::sligac:i6n no sólo en quimic:l, ~no tambi<'n en las dem;b e'eoo:u. I...utgn.
se~brir:i l:!f<lml:l en que losciemifirosdefincnyc:u:tClerizan"lamaleria.Pc&Ieri<trmtn!e.se
conooerán los sistemas de medici<ln U$3doo5 en cll:Ibora'<lrio.. Flr último. se dedicad un poro de
¡iempo:.1 a~ndizajc delllUllll:jo de los resull3dos IllIIllI'rieos de las mcWciooes qufmicas)· a la re-
lOIución de problemas numtriros.. En el capitulo 2 (br:i ínítio la e.p&orociOO del mUfldomicTn:Jcó.
pirodeál{)mO<Y moIm.las.
,:
II
Gran parte de los dibujos y esquemas
tienen una nueva apariencia, no obstante,
siguen conservando la información quí-
mica exacta. Por ejemplo, los orbitales hí-
bridos que se ilustran en el capítulo 10,
tienen un diseño nuevo y actualizado.
Figura 10.7 Formació n de cuatro orbitales hibridos srr a partir de un orbital 2s y tres orbitales 2p. Los o rbitales srr apuntan hacia
los vértices de un tetraedro.
También se han agregado nuevos di-
seños moleculares a los dibujos, las fotos
y a varios problemas de cierre de capítu-
lo. Además, se ha actualizado el programa
fotográfico para complementar la distri-
bución visual del diseño. Por último, el
formato de todas las tablas periódicas en
el texto también se ha renovado.

Prefacio
Problemas
El desarrollo de las habilidades para la resolución de problemas siempre ha sido una meta
fundamental en este texto. Por ejemplo, en la sección 3.8, el método general para resolver
problemas de estequiometría se dividió en varios procesos escalonados. Este método se po-
ne en práctica inmediatamente después en el ejemplo 3.13. Asimismo, el ejemplo 3.14 re-
quiere que los estudiantes utilicen por sí mismos este mismo tipo de procedimiento.
Los comentarios al margen permiten aplicar nuevas habilidades a otros problemas si-
milares que se han ubicado al final del capítulo. A cada ejemplo resuelto le sigue un ejerci-
cio de práctica donde se requiere que los alumnos resuelvan un problema similar por su
cuenta. Las respuestas a estos ejercicios se presentan al final de la sección de preguntas y
problemas al final de cada capítulo.
El método geneml pam resolver problemas de cstcquiOl11ctría se resume a continua-
ción
Escriba unnecuación balanceada de la reneción.
COllv icI1a la cantidad cOl1ocidadel rcactivo(en gramos II otras unidades) a mímero de
llloles.
3. Utilice la relación rnolnr de la ecuación bal:mceada para calcular el número de moles
del producto formado.
4. Convierta los moles de producto en gramos (u otras unidades) de producto
Ejemplo 3.13
Los alimcntu, quc sc ingieron son dcgmdados, o desdoblados. en el cuerpo pamproporcionllr
Inenergínneces.ariapamelcrecimientoyotrasfuncioncs.L'IlX'uaci6ngeneral global pmaeste
C{llllplicndo proceso está representnda por la degmdaciónde la glucosa (C.H Il0 6) en dióxido
de carbono (CO¡l yagua(H,O)'
C6H,P. + 6O¡_6CO. + 6H¡O
Si una persona consume 856 g de C~H'IO. durante cierto periodo. ~cuál será la masa de COl
producida?
ESlrlllegia Segllll la ecuación balnnccada. ¿cómo se compamn las cantidades de C;H110 6y
COl? Se pueden comparar con b.1se en la re!"ciÓlllllo/"r de la ecuación balanceada, ¿Cómo se
convierten lo, gmmos de C.H 110 6 en moles de este compuesto? Una vez que se determinan los
moles de COl mediante la relación 110lar de la ecuación balanceada, ¿cómo se convienen cn
gmmos de CO¡?
Solución Se siguen los pasos de la figllm 3.!!.
Paso 1: Luccuaci,ínbalaneeadaseproporcionaenel problema
(colllimia)
Como profesor, siempre aconsejo a mis estudiantes que ela-
boren un diagrama del funcionamiento interno de un problema,
lo cual es una valiosa herramienta de aprendizaje. En algunos de
los ejemplos resueltos he incluido este tipo de dibujos (por
ejemplo, vea ejemplo 16.10 en la página 724). Esto es lo que un
científico haría al trabajar en un determinado problema.
Pa50 2: Para C<.lllvcrtir gmmos de C~H,;:ü~ a moles del mismo compuesto, se escribe
856 g..cr,H"Go;, x 1~~~;1g..~~~ '" 4.750 mol Cr,H I".!O~
P(1.(J 3; En la relación molar, se observa que CJ11l0f, "" 6 moles CO" Por lo tanto. el numcro
de moles de CO¡ formado es
4.150ruol·~ x 1 :;~io;." 28.50 mol COl
P(I;'O 4; Por llltilHO, el oúmero de gramos de COI formado resulta de
28.50Ino¡..eo;x4~.~Z "" 1.25 x 16'gCO~
Con un poco de práctiea, se podráncombinur los rmsosde eonversión
gmmos de C6HllO,. _ moles de C6H,206- moles de CO2 _ gramos de COl
enllnueewción:
ma,adeC02=8S6g.C~X l~~~~X 1~~~x ~'~~;eC~2
= 1.25 x lO! gCO!
CJi1206?
Ejercido de práctica El metanol (CHJOH) se quema en aire de acuerdo con la ecuación
Si se utiliz.'11l 209 g de metallol en IIn procesu de combustión. ¿cuál será la m~a de H,O pro·
ducida?
Ejemplo 16.10
Exactamente 200 mL de BaCl20.0040 M sc mezclan con exactamente 600 mL de K ZS04
0.0080 M. ¿Se formará un precipitado?
Estrategia ¿En qué condiciones un compuesto iónico se precipita a partir de una disolución?
Los iones en disolución son Bah , CI- , K+ YSO~- . De fI(:uerdo con las regla~ de solubilidad
enumeradas en la tabla 4.2 (página 123), el único precipitado que se puede formar es BaS04. A
partir de la infomlación dada, se puede calcular rBa2+1 y [SO¡- ] debido a que se conoce el nú·
mero de moles de los iones en las disoluciones originales y el volumen de la disolución combi-
nada. Después, se calcula el cociente de reacción Q(Q = lBa2+Jo[SO¡-]u) y se compara el
valor de Q con K¡>< de BaS04 para ver si se formará un precipitado, es decir, si la disolución es
sobresaluJ"flda. Es de utilidad realizar un diagrama de la situación.
'}.tltlHlL..
MfJWIl18aCCt.
~
C6tl.»J~ "'?
[SO~-Jp:: '!
Soluci6n El número de moles de BaH presentes en los 200 mL originales de disolución es
(colllil1úa)
xxv

xxvi Prefacio
La sección "Problemas
especiales", ilo nuevo en es-
ta edición!, se ha formulado
para presentar un desafío al
alumno. Varios de estos pro-
blemas se han incluido al fi- .
nal de cada capítulo.
Pedagogía
Problemas especiales
1.94 A un cajero bancario se le pide que anne juegos de un
dólar cada uno en monedas para los clientes. Cada
juego está compuesto de tres monedas de 25 centavos,
una moneda de cinco centavos y dos monedas de 10
centavos cada una. Las masas de las monedas son:
5.645 g para la de 25 centavos, 4.967 g para la de do·
co centavos y 2.316 g para la de 10 centavos. ¿Cuál es
el número máximo de juegos que pueden armarse a
partir de 33.871 kg de monedas de 25 centavos,
10.432 kg de monedas de cinco centavos y 7.990 kg
de monedas de 10 centavos? ¿Cuál es la masa total (en
gramos) de esta colección de monedas?
1.98 Una química mezcla dos líquidos, A y B, para fonnar
una mezcla homogénea. Las densidades de los líqui-
dos son 2.05 14 g/mL para A y 2.6678 g/mL para B.
Cuando deja caer un pequeño objeto dentro de la mez-
cla, descubre que éste queda suspendido en el líquido,
es decir, que ni flota ni se hunde. Si la mezcla se com-
pone de 41.37% de A y 58.63% de B, en volumen,
¿cuál es la densidad del metal? ¿Puede emplearse este
procedimiento, en general, para determinar las densi-
dades de los sólidos? ¿Qué consideraciones se obtie-
nen al aplicar este método?
1.99 Suponga que se le proporciona un líquido. Describa
brevemente los pasos que realizaría para demostrar
Cada capítulo contiene una sección de apeltura titulada "Avance del capítulo" que proporciona a los estudiantes una visión
general de los temas que se presentarán en ese capítulo.
Átomos, moléculas
e iones
,..
La loorlalU6miCl
Laestrucluradel4tomo
Numero atómie<l. numero de masa e isótopos
Ul labla periódica
Fómml;uqllfm;o;:a..
Nomenclatura de los compuestos
ImroducciÓll a los compuest05 0rgánicos
Im~acolord.laerniaOn
radiaclivaool radio (Ra). Los mo-
deosmuestranelnúcleo oelf8'
d io y los productos de su
descnmposicOOrlradiactil8; r¡.
dón(Rn) y una parliculaaWa.la
cual toene dos protones y dos
IIII!ronO!s.EI~udiodela'.·
diactrvidad ayudO a me;orar al
conocomien:o da los coentllicos
aCQICadetaestruclUfa alOmlca.
AVANCE DEL CAPÍTULO
• Se iniciaclcsucaphuloconunape....pecli'lllúS!6ri.cadel3bU"'uN:Idel"'uni~fund..3men.
taJes de la maleria. La versióll moderna de la lrorea MÓmic:a fue ~ula.da por JoIUIlñlton en
el Si&lOXIX, quien ;a!irm6qIC los elementOS enaban eon~liluidos por p;mICllh.$ e:<I",rn:Kbmen.
le pequeftas. l1arnadall ~Iomos.. TodO'llos ~omos de un elememo delcnt'linado son id~micol. pe.
ro son dife",ntcsde los:litom05de tOOos l05dem:is elemenloo. (2.1)
• Se observará que. mediante la e~perimentac ión.los cientllico! hJn aprendido que un átomo es·
lá constituido por tres partlculas elementales; protón. electron yneutTÓn. El protÓII tiene una
carlla ~ti'... elcleclrÓn una""gativ¡¡y cl""ulrónnO lie""Car¡¡¡&.Lo. procOllCsylos""ulro-
l1CS se localizan en una pequc/la "'tiónen el « ntrodol :!tomo.denominada noclea. en ",moque
losel«tmnes~ndlspersosalmledotdetlllldco.c;eiUldi.stanc:iadefl.(2.2)
• Se analizarán las sllluicmes formas de idenlilicar ~ el numero:u6mico es el nUmero de
prolOnes en un DUel=. los 'tnmos de diferentes elementos tienen numeros at6micos difeTCntes
Los iSÓlopos WIl :hornO'< del mismo elemento con un nGmero diferente de neutrones. El numc-
ro de masa es I:J. suma del mlmer,) de protoncs y ncutrones en un áto-mo. Dcbido a que uo dto.
moes el~ctri camenteneutro, ccntjencunmln1<'roi gualdeelcct ro""s ydeprotones. (2.3)
• Se obse....'31á cómo se pueden Igrup3J 10$ elememos de acuerdo con sus propiedades fJ.ieas y
qufmias en UmI. tabla oooocidl como labia periódic:a. La labia periódica permi.. c1:tsirocar los
elememos (axoo melalts. metaloides y no metales) y CQlTeI~ S!U propieobdcs de m;IIICra
siSlCmitica. (2.4)
• Se ,~n1 que los ¡¡tomos de la maror p"nc de los elC1!lenl05 intmIClPan para rOfma' compucs-
1M. lo¡ cuajes se clasifiC3Jl como mol&:ulas OCOfll¡>UCSt05 ióniCO$ formados por Iones posili>'Os
(cationes) e iones negativos (anione.). (2. S)
• Despu~s se aprender.! a utiliu r fÓ<mu las qulmic3.'l (moleculall" y empírkas) p;1m "'presenlnr
moIkulas y oompuestos iónicos y modelos pilr:l representar moI~culllS. (2.6)
• Se anaJiur.i un COfIjunl<! de ",gi3s 'IIe ayld:uán 3 di! nom~ a los compuestos inor¡::l.nicos..
(2.7)
• E!.ce o;$pftulo termina 00II UIIOI bre,,,, imrocluc:ción al tc/lU del mundo orgánico 'Iue se rt1om~rá
en el o;$phulo24. (2.8)
D~e~':::~::~:m:lde~~::~n:=~~~.::,:!:!!~~~:.!:~:~
piM del ,illlo XIX. En la aOlualid~d se ~be que toda la matona esm form~da por átomos, molk ulas
e iones. La qulmica siempre se relaciona, de una u otro forma. con "SIM especies.
" ' ,,-1
"

Los comentarios al margen proporcionan informa-
ción adicional sobre datos importantes, o remiten a algu-
na sección posterior en la cual se detallará con mayor
profundidad determinado concepto o a una sección útil
para repasar el material.
Las imágenes de modelos moleculares abundan en
los márgenes, lo que permite a los estudiantes "ver" la
molécula que se está analizando en el texto.
El icono de tabla periódica en el margen ilustra las
propiedades de los elementos de acuerdo con sus posicio-
nes en la tabla.
lA
H 2A 3A4ASA6A 7A
N o F
el
Sementos que existen como moléculas
diatómicas.
8A
Al final del capítulo se proporcionan instrumentos
de apoyo para el estudio adicional, como el Resumen de
datos y conceptos y también las Palabras clave, los cua-
les proporcionan al estudiante una visión instantánea del
capítulo que se está revisando.
Prefacio xxvü
1'22 Reacdoncs en disolución acoosa
CH,COOH
nium por completo. es decir, son electrólitos débiles. La iOllizaci6n del ácido a<;tlioo se re-
presenta como
donde CHJCOO' es el ion acetato. El tf nnino iOlli:JJción se utiJiu para describir la separ.:!-
ción de k idos y bases en iones.. Al escribir la fórmula del ácido acétiro como CH,cOOH.
se indica que el protón ionizable está e ll el grupo COOH.
La ionización del ácido acético se escribe con doble flecha ¡»m indicar que la refJcci6n
es rCI'crsible, es decir. la rtucci6n puede $Iu::eder en ambos l'lmtido:f. Inicialmellle, varias
moléculas de CH¡COOH se separan en iones C H)COO' y H+, Con el tiempo. ulgunos io-
nes CHJCOO' y H ~ vuelven a combin3rse pora forma r moléclllns de C H1COOH. finalmen-
te, se llega a un es t~do en el que las mol~cu l as de ácido se ioniziln con la misma rnpidcz
con laque vuelven n combinarse los iones. A este estado químico, cncl quc no se obseTVa
cambio neto alguno (aunque a nivel molecular continúa la actividad) se le llama equilibrio
qu(mico. El ácido acético es, entonce,o¡, un electrólito débil porque su ionización en agua es
incompleta. En contrnste, en una disolución de ácido clorhídrico los iones H ' YCI- no tien-
den a 'olver a combinarse para formar HCI molecular. Por lo tanto, se utiliza una sola ne-
cha para indicar que su ionización es completa.
4.2 Reacciones de precipitación
La reacci6n de precipitaci6n es un tipo común de reacción en disolución acuosa que u cu·
mcteri<fl por luforl/loci6n de urr prool/cto insoluble o precipitado. Un pruipitada es un s6·
lido irlSolub/e que se separu de lu düo{uci611. En las reacciones de precipitación por lo
general partidpM compuestos iónicos. Por ejemplo, cuando se agrega una disolución acuo·
sa de nitrato de plomo [Pb(NOJ)2[ a una disolución acuosa de yoduro de potasio (KI), se
fonna un precipitado nmarillo de yodllro de plomo (Pbll):
El nitmlo de pobsio queda en disolución. L.. figura 4.3 muestra cI progreso de esta r~c
ción.
La reacción nnterior es un ejemplo de una reacci6n de metótesis (tambif n se denomi-
na reacción de doble desplazamiento), (JI/a "occi6" qlfe implica ti imen:wnbio de partes
em" dos compuestos. (En este caso, los cationes en los dos oompuestos intercambian a.nio-

XXVIlJ Prefacio
MATERIALES DE APOYO
Esta obra cuenta con interesantes complementos que fortale-
cen los procesos de enseñanza-aprendizaje, así como la eva-
luación de los mismos, los cuales se otorgan a profesores que
adoptan este texto para sus cursos. Para obtener más infor-
mación y conocer la política de entrega de estos materiales,
contacte a su representante McGraw-Hill.
Reconocimientos
Me gustaría reconocer el trabajo de los siguientes revisores y
grupo de participantes, cuyos comentarios fueron de gran
ayuda para InÍ en la preparación de esta nueva edición:
Rex D. Ackerson Northern Oklahoma College
Jeff Anderson Murray State University
Jeff Appling Clemson University
Elizabeth Arendt Community College of Rhode [sland
Alexandru Bajaban Texas A & M University-Galveston
David Ball Cleveland S/ate University
Mufeed Basti North Carolina A & T Sta/e University
Alan Bates University ofMassachusetts-
Dartmouth College
Colin Bateman Brevard Community CoLlege
Sr. Joanne Bauer Xavier University
Paul Benoit University ofArkansas
Laine Berghout Weber State University
Conrad Bergo East Stroudsburg University
Richard Biagioni Missouri State University
Christine Bilicki Pasadena City College
Dan Black Snow College
John Blaha Columbia State Community College
Jeffrey O. Boles Tennessee Technological University
Wayne Bosma Bradley University
David Boyajain Palomar College
Robert G. Bryant University o.fVirginia
Brian Buffin Western Michigan University
Stuart Burris Western Kentucky University
Bindy Chakravarty l-Jouston Community College
David Chatfield Florida International University
Joann Chickering Bellevue Community College
Paul Ch irik Cornell University
Bill Cleaver University of Vermont
W. Lin Coker III Campbell University
Robert Cordell Heidelberg College
Ray Crawford San Jacinto College, Soulh
Gary DeBoer LeTorneau University
Pat Delaney Worcester Polytechnic lnstitute
Yuanjian Deng Texas Southern University
Mary Kate Donais Saint Anselm College
Bill Durham University ofArkansas
Jeffrey Evans University of Southem Mississippi
Dr. Ewane Houston Community College
"red Fickel Los Angeles Valley College
Neil Fitzgerald Marist College
Doug Flournoy lndian HilLs Community College
Krishna Foster California Slate University-Los Ángeles
Kristeen Fukunaga Palomar College
Daquing Gao Queensborough Com.munity College
Roy Garvey North Dakota State University
Natarajan Geetha Palomar College
Alicia Glatfelter Wilkes University
Joel Goldberg University of Vermont
Harold Goldwhite Cal!fornia State University-Los Ángeles
Lisa Goss ldaho State University
Gary Gray University o.fAlabama-Birnúngharn
Gregory R. Hale University o.fTexas at Arlington
Dale Hawley Kansas State University
Sherman Henzel Monroe Communiry College
arayan Hosmane Northern Illinois University
Larry Houk University ofMemphis
Byron Howell 7:yler Junior College
Wendy Innis-WhitehoLlse Universiry
ofTexas-Pan American
Richard Jarman College ofDuPage
Eric Johnson Ball State University
Stacy Jones Northwest Mississippi Community College
Carolyn Judd Houston Community College
Don Jurkowitz Community College of Rhode [sland
Kirk Kawagoe Fresno City College
Robert Keil Moorpark College
Neil Kestner Louisiana Stare Universiry
Tracy Knowles Lexington Community College
Patrick Kolniak Louisiana State University
Gerald Korenowski Rensselaer Polytechnic Institute
Peter Krieger Palm Beach Community College
Bette A. Kreuz University ofMiclúgan-Dearborn
Lennart H. Kullberg Winthrop Universily
Jothi V. Kumar North Carolina A & T State University
Brian Lamp Truman State University
John Larese University ofTennessee-Kn.oxville

Laurence Lavelle University ofCalifornia-Los Ángeles
Daniel Lawson University ofMichigan-Dearborn
Clifford LeMaster Boise State University
Michael Lerner Oregon State
Shannon Lieb Butler University
Gerhard Lind Metro State College ofDenver
Arthur Low Tarleton University
Rudy Luck Michigan Technological University
Yinfa Ma University ofMissouri-Rolla
Mark Matthews Jefferson Community College
Richard Nafshun Oregon State University
Brian McBurnett California State University-Chico
Debbie McClinton Brevard Community College
Donald Mencer Wilkes University
Dave Metcalf University ofVirginia
Joyce Miller San Jacinto College
Randy Miller California State University-Chico
Renee R. Muro Oakland Community College
Chip Nataro LaFayette College
David Newman Bowling Creen State University
Anne Nickel Milwaukee School ofEngineering
Daphne Norton Emory University
Greg Oswald North Dakota State University
Tom Otieno Eastern Kentucky University
Jason Overby College ofCharleston
Gholam Pahlavan Houston Community College
Ruben Dario Parra DePaul University
Manoj Patil Western Iowa Technical Community College
Les Pesterfield Western Kentucky University
Karl Peterson University ofWisconsin-River Falls
Gary Pfeiffer Ohio University-Athens
Joanna Piotrwoska Normandale Community College
Henry Po California State University-Long Beach
Steve Pruett Jefferson Community College
Judy Ratliff Murray State University
Carey S. Reed Penn State-Altoona
JelTy Reed-Mundell Cleveland State University
Michelle Richards-Babb West Virginia University
B. Ken Robertson University ofMissouri-Rolla
Rhonda Robertson Jones Junior College
Ellen Roskes Villa Julie College
Tim Royappa University ofWest Florida
James Rozell Tyler Junior College
Susan Rutkowsky Drexel University
Arthur Salido Mercer University
Prefacio xxix
Karen Sanchez Florida Community College at Jacksonville
Dennis Sardella Boston College
Paul Schumacher United States Military Academy
Nelson Scott California State Polytechnic University
Will Seltzer University ofAlabama-Huntsville
Supriya Sihi Houston Community College
Alka Shukla Houston Community College
Shyam Shukla Lamar University
Andy Slagle Rose State College
Sheila Smith University ofMichigan-Dearborn
Kathie Snyder Winthrop University
LalTy O. Spreer University ofthe Pacific
Alan Stolzenberg West Virginia University
Kathy Thrush Villanova University
Wayne Tikkanen California State University-
Los Ángeles
Richard Toomey Northwest Missouri State University
Frank TOlTe Springfield College
Anthony Toste Missouri State University
Kris Varazo Francis Marion University
Maria Villarba Glendale Community College
Dragic Vukomanovic University ofMassachusetts-
Dartmouth
Rosie Walker Metropolitan State College ofDenver
Sheryl Wallace South Plains College
Jeffrey Wardeska East Tennessee State University
Phil Watson Oregon State University
David Weiss University ofColorado at Colorado Springs
Tracy Willis Texas Southern University
Klaus Woelk University ofMissouri-Rolla
Frank Woodruff University ofSouthern Mississippi
John Young Mississippi State University
James Zirnmerman Missouri State University
También quisiera agradecer a las siguientes personas por
su contribución en los problemas al final de cada capítulo:
Nancy Gardner California State University-Long Beach
John Hagen California Polytechnic State University-San
Luis Obispo
Michael Jones Texas Tech University
Jason Overby College ofCharleston
Philip Reid University ofWashington
Como siempre, me he beneficiado de las pláticas con
mis colegas en Williams College y de la cOlTespondencia con
muchos profesores internos y externos.

xxx Prefacio
Es un placer agradecer el apoyo que me han brindado
los siguientes miembros de la división de estudios universi-
tarios: Tammy Ben, Doug Dinardo, Chad Grall, Tracy Kon-
rardy, Kara Kudronowicz, Marty Lange, Michael Lange y
Kurt Strand. En particular, me gustaría mencionar a Gloria
Schiesl por supervisar la producción en condiciones de tiem-
po muy limitadas, a David Hash por el diseño del libro, a
John Leland por la investigación fotográfica, a Jake Theo-
bald y Judi David por los recursos multimedia y a Tami Hod-
Agradecemos la valiosa contribución de los siguientes profesores
que participaron en la asesoría técnica de la versión en español de
la novena edición:
Susana Francisca Llesuy Universidad de Buenos Aires
María del Carmen Grande Universidad de Buenos Aires
Javier Ramírez Angulo ITESM, campus Estado de México
Silvia Ponce López ITESM, campus Monterrey
Nancy Martin Guaregua Universidad Autónoma Metropolitana-
Iztapalapa
Verónica Martínez Miranda Universidad Autónoma del Estado de
México campus Toluca
Jorge Noriega Gaxiola Instituto Tecnológico de Culiacán
Teresa Ávalos Munguía CUCEI, Universidad de Guadalajara e
ITESM, campus Guadalajara
ge, directora de marketing, por sus sugerencias y estímulo.
También agradezco al editor de patrocinio, Thomas Timp, y
al editor, Kent Peterson, por su apoyo y consejos. Por último,
mi agradecimiento especial a Shirley Oberbroeckling, edito-
ra de desarrollo, por su cuidado y entusiasm~ en el proyecto,
y por su supervisión en cada etapa de la elaboración de esta
edición.
Raymond Chang
Randall Coffie Goedhoop ITESM, campus Guadalajara
Eduardo Zárate Márquez ITESM, campus Sinaloa
Irma Salgado Escobar ITESM, campus Ciudad de México
Ma. del Carmen Doria Serrano Universidad Iberoamericana, Ciu-
dad de México
Ana María Mutio ITESM, Campus Toluca
PaoJa Zarate Segura ESIME, Instituto Politécnico Nacional-Cul-
huacán
Daisy Escobar Castillejos Universidad Autónoma de Chiapas
Geolar Fetter Universidad de las Américas Puebla y Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla
Araceli Florido Segoviano ITESM, campus Querétaro
Carmen Ma. Bojórquez Aldapa Instituto Tecnológico de Culiacán

L
a química general se percibe, comúnmente, como una
materia más difíc.il que otras. Existe cierta justifica-
ción para tal creencia. Por una parte, tiene un lengua-
je muy especializado. Al prinCIpIO, estudiar qUllllica es
como aprender un nuevo idioma. Más adelante, algunos de
los conceptos son abstractos. Sin embargo, con cierto
esmero, el estudiante completará con éxito este curso e inclu-
so lo disfrutará. He aquí sugerencias que le ayudarán a for-
mar buenos hábitos de estudio y a dominar el material de este
texto:
• Asista a clases regularmente y tome notas con cuidado.
• Si es posible, repase siempre los temas analizados en
clase el mismo día que se cubrieron. El libro le ayudará
a completar sus apuntes.
• Piense de manera crítica. Pregúntese si en verdad com-
prendió el significado de un término o el, uso de una
ecuación. Una buena manera de comprobar su compren-
sión es explicar un concepto a un compañero de clase o
a otra persona.
• No dude en pedir ayuda al profesor o a su asistente.
Las henamientas de la novena edición de Química fueron di-
señadas para capacitarlo en el buen desempeño dentro de su
curso de química general. La siguiente guía explica cómo
obtener plena ventaja del texto, la tecnología y otras herra-
mientas.
• Antes de entrar de lleno a un capítulo, revise la organi-
zación del mismo y lea la introducción para darse una
idea de los temas importantes. Tome apuntes en clase
con base en la organización del capítulo.
• Al final de cada capítulo aparece un resumen de datos y
conceptos, así como una lista de palabras clave, que le
ayudarán a prepararse para los exámenes.
• Las definiciones de las palabras clave pueden estudiarse
en contexto en las páginas señaladas en la lista al final
del capítulo, o bien, en el glosario del libro.
• El estudio cuidadoso de los ejemplos numerados, que se
intercalan en el cuerpo de cada capítulo, mejorará su ha-
bilidad para analizar los problemas y efectuar los cálcu-
los necesarios para resolverlos. Tómese su tiempo para
trabajar en el ejercicio que sigue a cada ejemplo, pues le
servirá para asegurarse de haber comprendido la forma
de resolver el tipo de problema en turno. Las respuestas
a los ejercicios aparecen al final del capítulo, después de
los problemas de tarea. Para una práctica adicional, re-
mítase a los problemas similares indicados en el margen
junto al ejemplo.
• Las preguntas y los problemas al final de capítulo fue-
ron organizados por sección.
• La parte interior de la cubierta muestra una lista de
cifras importantes y de tablas con referencias a las pági-
nas. Este índice facilita buscar con rapidez la informa-
ción cuando usted se encuentra resolviendo problemas
o estudiando problemas relacionados en diferentes capí-
tulos.
Si sigue estas sugerencias, y se mantiene al día con sus
tareas, encontrará que la química es desafiante, pero menos
difícil y mucho más interesante de lo que imaginó.
Raymond Chang
xxxi

Química
Un globo lleno de hidrógeno ex-
plota al calentarlo con una flama.
El hidrógeno gaseoso reacciona
con el oxígeno que está en el ai-
re para formar vapor de agua. La
química es el estudio de las pro-
piedades de la materia y de los
cambios que ésta experimenta.
Los modelos presentan las mo-
léculas de hidrógeno, oxígeno y
agua.
El estudio del cambio
1.1 Química: una ciencia para el siglo XXI
1.2 El estudio de la química
1.3 . El método científico
1.4 Clasificación de la materia
1.5 Los tres estados de la materia
1.6
1.7
1-8
1.9
Propiedades físicas y químicas de la materia
Mediciones
El manejo de los números
Análisis dimensional en la resolución de problemas

AVANCE DEL CAPÍTULO
• Este capítulo da inicio con una breve introducción al estudio de la química y su función dentro
de la sociedad moderna. (1.1 y 1.2)
• A continuación se conocerán las bases del método científico, el cual es una metodología siste-
mática para la investigación en todas las disciplinas. (1.3)
• Se definirá el concepto de materia y se observará que una sustancia pura puede ser un elemen-
to o un compuesto. Se distinguirá entre una mezcla homogénea y una heterogénea. Se aprende-
rá que, en principio, toda la materia puede existir en cualquiera de tres estados: sólido, líquido
o gaseoso. (1 04 Y1.5)
• Para caracterizar una sustancia es necesario conocer sus propiedades físicas, las cuales son ob-
servables sin que sus propiedades químicas e identidad sufran cambio alguno, lo que sólo pue-
de demostrarse mediante cambios químicos. (1.6)
• Debido a que la química es una ciencia experimental, implica el uso de las mediciones. Se co-
nocerán las unidades básicas del SI (Sistema Internacional de medidas) y se emplearán sus uni-
dades derivadas en cantidades como el volumen y la densidad. También se estudiarán las tres
escalas de temperatura: Celsius, Fahrenheit y Kelvin. (1.7)
• Con frecuencia, los cálculos químicos implican el uso de cantidades muy pequeñas o muy gran-
des, y una manera conveniente para tratar con algunas de estas cifras es la notación científica.
En los cálculos o mediciones cada cantidad debe presentar el número adecuado de cifras signi-
ficativas, las que corresponden a dígitos importantes. (1.8)
• Por último, se entenderá la utilidad del análisis dimensional para los cálculos químicos. Allle-
var cada unidad a lo largo de la secuencia completa de cálculos, todas las unidades se cancelan,
a excepción de la cantidad buscada. (1.9)
L a química es una ciencia activa y en evolución que tiene importancia vital en nuestro planeta,
tanto en la naturaleza como en la sociedad. Aunque sus raíces son antiguas, la química es en to-
dos sentidos una ciencia moderna, como se verá poco más adelante.
Se iniciará el estudio de la química en el nivel macroscópico, en el que es posible observar y
medir los materiales que forman nuestro mundo. En este capítulo se analizará el método científico,
que es la base para la investigación no sólo en química, sino también en las demás ciencias. Luego,
se descubrirá la forma en que los científicos definen y caracterizan a la materia. Posteriormente, se
conocerán los sistemas de medición usados en el laboratorio. Por último, se dedicará un poco de
tiempo al aprendizaje del manejo de los resultados numéricos de las mediciones químicas y a la re-
solución de problemas numéricos. En el capítulo 2 dará inicio la exploración del mundo microscó-
pico de átomos y moléculas.
3

4 Química: El estudio del cambio
El ideograma chino para el término quími-
ca significa "el estudio del cambio".
La química es el estudio de la materia y los cambios que ocurren en ella. Es frecuente que
se le considere como la ciencia central, ya que los conocimientos básicos de química son
indispensables para los estudiantes de biología, física, geología, ecología .y muchas otras
disciplinas. De hecho, la química es parte central de nuestro estilo de vida; a falta de ella,
nuestra vida sería más breve en lo que llamaríamos condiciones primitivas, sin automóvi-
les, electricidad, computadoras, discos compactos ni muchas otras comodidades modernas.
Aunque la química es una ciencia antigua, sus fundamentos modernos se remontan al
siglo XIX, cuando los adelantos intelectuales y tecnológicos permitieron que los científicos
separaran sustancias en sus componentes y, por lo tanto, explicaran muchas de sus carac-
terísticas físicas y químicas. El desarrollo acelerado de tecnología cada vez más refinada
durante el siglo xx nos ha brindado medios cada vez mayores para estudiar lo que es ina-
preciable a simple vista. El uso de las computadoras y microscopios especiales, por citar
un ejemplo, permite que los químicos analicen la estructura de los átomos y las moléculas
-las unidades fundamentales en las que se basa el estudio de la química- y diseñen nue-
vas sustancias con propiedades específicas, como fármacos y productos de consumo no
contaminantes.
En este principio del siglo XXI conviene preguntarse qué función tendrá la ciencia cen-
tral en esta centuria. Es casi indudable que la química mantendrá una función fundamental
en todas las áreas de la ciencia y la tecnología. Antes de profundizar en el estudio de la ma-
teria y su transformación, consideremos algunas fronteras que los químicos exploran actual-
mente (figura l.1). Sin importar las razones por las que el estudiante tome un curso de
introducción a la química, el conocimiento adecuado de esta disciplina le permitirá apreciar
sus efectos en la sociedad y en su propia persona.
Salud y medicina
Tres logros importantes en el siglo xx han permitido la prevención y tratamiento de enfer-
medades. Se trata de medidas de salud pública que establecieron sistemas sanitarios para
proteger a numerosas personas contra enfermedades infecciosas; la cirugía con anestesia,
que ha posibilitado a los médicos para curar enfermedades posiblemente mortales, como la
apendicitis, y el advenimiento de vacunas y antibióticos, que hicieron factible la prevención
de enfermedades causadas por microorganismos. La terapia génica al parecer será la cuar-
ta revolución en la medicina. (Los genes son la unidad básica de la herencia.) Se cuentan
por miles las enfermedades conocidas, entre ellas la fibrosis quística y la hemofilia, ocasio-
nadas por un daño heredado de un solo gen. Muchos otros padecimientos, como cáncer, en-
fermedades cardiacas, SIDA y artritis, resultan hasta cierto punto de alteraciones de uno o
más genes relacionados con los sistemas de defensa del organismo. En la terapia génica se
inserta un gen sano específico en las células del paciente para curar o aminonu: esos tras-
tornos. A fin de ejecutar esos procedimientos, el médico debe tener conocimientos sólidos
de las propiedades químicas de los componentes mOleculare,s implicados. La descodifica-
ción del genoma humano, que comprende todo el material genético de nuestro organismo y
desempeña una función esencial en la terapia génica, se basa principalmente en técnicas
químicas.
Los químicos de la industria farmacéutica investigan fármacos potentes con pocos o nu-
los efectos adversos para el tratamiento del cáncer, SIDA y muchas otras enfermedades, ade-
más de fármacos para aumentar el número de trasplantes exitosos de órganos. En una escala
más amplia, mejorar nuestra comprensión sobre el mecanismo del envejecimiento permitirá
lograr esperanza de vida más prolongada y saludable para los habitantes del planeta.
Energía y ambiente
La energía es un producto secundario de muchos procesos químicos, y al continuar el au-
mento en su demanda, tanto en países industrializados, entre ellos Estados Unidos, como en

a) b)
e)
Figura 1.1 a) Resultado de un equipo automatizado secuenciador de ADN. Cada línea
muestra una secuencia (indicada por colores distintos) obtenida de muestras distintas de ADN.
b) Celdas fotovoltaicas. c) Oblea de silicio en fabricación. d) La hoja de la izquierda se tomó de
una planta de tabaco no sometida'a ingeniería genética y expuesta a la acción del gusano del
tabaco. La hoja de la derecha sí fue sometida a ingeniería genética y apenas la atacaron los
gusanos. Es factible aplicar la misma técnica para proteger las hojas de otros tipos de plantas.
naciones en vías de desarrollo, como China, los químicos intentan activamente encontrar
nuevas fuentes de energía. En la actualidad, las principales fuentes de energía son los com-
bustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Las reservas estimadas de estos combus-
tibles durarán otros 50 a 100 años con el ritmo actual de consumo, por lo que es urgente
encontrar fuentes alternas.
La energía solar al parecer es una fuente viable de energía para el futuro. Cada año, la
superficie terrestre recibe de la luz solar alrededor de 10 veces la energía contenida en to-
das las reservas conocidas de carbón, petróleo, gas natural y uranio combinadas. Sin em-
bargo, gran parte de esa energía se "desperdicia" al reflejarse hacia el espacio exterior. En
los últimos 30 años, las intensas actividades de investigación han mostrado que la energía
solar puede aprovecharse con efectividad de dos maneras. Una de ellas es su conversión di-
recta en electricidad mediante el uso de dispositivos llamados celdas fotovoltaicas. La otra
consiste en usar la luz solar para obtener hidrógeno a partir del agua. Luego, el hidrógeno
alimenta a una celda combustible para generar electricidad. Aunque se han logrado ade-
lantos en los conocimientos del proceso científico de conversión de la energía solar en elec-
tricidad, la tecnología todavía no ha mejorado al punto de que sea factible producir
electricidad en gran escala y con costo económicamente aceptable. Sin embargo, se ha pre-
dicho que para el año 2050 la energía solar satisfará más de 50% de las necesidades ener-
géticas.
5

Otra posible fuente de energía es la fisión nuclear, si bien el futuro de la industria nu-
clear en Estados Unidos y otros países es incierto a causa de preocupaciones ambientalis-
tas sobre los desechos radiactivos de los procesos de fisión. Los químicos pueden ayudar en
el mejoramiento del destino final de los desechos nucleares. La fusión nuclear, el proceso
que ocurre en el sol y otras estrellas, genera enormes cantidades de energía.sin producir mu-
chos desechos radiactivos peligrosos. Al cabo de otro medio siglo, es probable que la fusión
nuclear se convierta en una fuente significativa de energía.
La producción y utilización de la energía se relacionan estrechamente con la calidad del
ambiente. Una desventaja importante de quemar combustibles fósiles es que se produce dió-
xido de carbono, que es uno de los gases de invernadero (es decir, los que promueven el ca-
lentamiento de la atmósfera terrestre), además de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno,
que producen la lluvia ácida y el esmog. (El aprovechamiento de la energía solar no tiene esos
efectos nocivos en el ambiente.) El uso de automóviles eficientes en el consumo de combus-
tibles y de convertidores catalíticos más efectivos debe pennitir una reducción considerable
de las emisiones automotrices nocivas y el mejoramiento de la calidad de la atmósfera en las
áreas con tránsito vehicular intenso. Además, debe aumentar el uso de automóviles eléctricos
equipados con baterías duraderas y de automóviles híbridos, alimentados por baterías y ga-
solina, lo que ayudará a minimizar la contaminación atmosférica.
Materiales y tecnología
La investigación y el desarrollo de la química en el siglo xx han generado nuevos materia-
les con efecto de mejoramiento profundo de la calidad de vida y han ayudado a mejorar la
tecnología de diversas maneras. Unos cuantos ejemplos son lbs polímeros (incluidos el cau-
cho y el nailon), la cerámica (como la que se usa en utensilios de cocina), los cristales lí-
quidos (como los de las pantallas electrónicas), los adhesivos (como los usados en notas
adherentes) y los materiales de recubrimiento (por ejemplo, las pinturas de látex).
¿Qué nos reserva el futuro cercano? Algo muy probable es el uso de materiales super-
conductores a temperatura ambiente. La electricidad se conduce por cables de cobre, que
no son conductores perfectos. Por consiguiente, casi 20% de la energía eléctrica se pierde
en forma de calor entre la planta generadora de electricidad y los hogares u oficinas, lo que
constituye un desperdicio enorme. Los superconductores son materiales desprovistos de re-
sistencia eléctrica, y por lo tanto conducen la electricidad sin pérdida de energía. Aunque el
fenómeno de la superconductividad a temperaturas muy bajas (más de 400 grados Fahren-
heit por debajo del punto de congelación del agua) se ha conocido durante más de 80 años,
un adelanto importante a mediados del decenio de 1980 reveló que es posible fabricar ma-
teriales que actúen como superconductores a la temperatura ambiente o cerca de ella. Los
químicos han ayudado en el diseño y síntesis de nuevos materiales promisorios en dicha
búsqueda. En los 30 años siguientes, veremos la aplicación en gran escala de superconduc-
tores a altas temperaturas en la resonancia magnética de imágenes (RMI), trenes de levita-
ción magnética y fusión nuclear.
Si fuera necesario mencionar un adelanto tecnológico que ha conformado nuestras vi-
das más que ningún otro, habría que señalar a las computadoras. El "motor" que impulsa la
revolución de las computadoras es el microprocesador -el diminuto chip de silicio que ha
servido de base para numerosas invenciones, como las computadoras portátiles y apamtos
de fax-. La eficiencia de los microprocesadores se juzga según la velocidad con la que rea-
lizan operaciones matemáticas, como la suma. El ritmo del progreso es tal que desde su ad-
venimiento se ha duplicado la velocidad de los microprocesadores cada 18 meses. La
calidad de un microprocesador depende de la pureza del chip de silicio y de la capacidad
para agregar la cantidad necesaria de otras sustancias, situación en que los químicos desem-
peñan una función importante en la investigación y desarrollo de chips de silicio. En el fu-
turo, los científicos empezarán a explorar las perspectivas de la "computación molecular",
es decir, la sustitución del silicio con moléculas. Las ventajas radican en que puede lograr-
se que ciertas moléculas respondan a la luz, no a los electrones, con lo que se tendrían

computadoras ópticas, no electrónicas. Con base en la ingeniería genética apropiada, los
científicos pueden sintetizar esas moléculas con microorganismos, que sustituirían a gran-
des fábricas. Las computadoras ópticas también tendrían una capacidad mucho mayor de
almacenamiento que las electrónicas.
Alimentos y agricultura
¿Cómo alimentar a la creciente población mundial? En países pobres, casi 80% de la fuer-
za laboral se dedica a la producción agrícola y la mitad del presupuesto familiar promedio
se gasta en alimentos. Ello constituye una carga enorme para los recursos de esas naciones.
Los factores que afecta~l a la producción agrícola son la riqueza del suelo, los insectos y en-
fermedades que dañan a los cultivos, y otras plantas que compiten por los nutrientes. Ade-
más de la irrigación, los agricultores recurren a fertilizantes y plaguicidas para mejorar la
productividad de sus cultivos. Desde el decenio de 1950, el tratamiento de los cultivos in-
festados por plagas ha consistido a veces en la aplicación indiscriminada de compuestos
químicos potentes. Es frecuente que tales medidas hayan tenido efectos nocivos graves en
el ambiente. Inclusive el uso excesivo de fertilizantes es dañino para el suelo, el agua y la
atmósfera.
A fin de satisfacer la demanda de alimentos en el siglo XXI, deben idearse estrategias
novedosas para la actividad agrícola. Se ha demostrado ya que con la biotecnología es po-
sible obtener cultivos más abundantes y de mejor calidad. Estas técnicas se han aplicado a
muchos productos agrícolas, no sólo para mejorar su producción, sino también para obte-
ner más cosechas anuales. Por ejemplo, se sabe que cierta bacteria produce una proteína tó-
xica para las orugas que comen hojas. La inclusión del gen que codifica la toxina en las
plantas cultivadas les brinda protección contra ellas, de modo que no se requieran los pes-
ticidas. Los investigadores también han encontrado la forma de prevenir la reproducción de
las plagas de insectos. Los insectos se comunican entre sí al emitir moléculas especiales,
llamadas feromonas, ante las cuales reaccionan. La identificación y la síntesis de feromonas
implicadas en el apareamiento permite interferir en el ciclo reproductivo normal de pla-
gas comunes, por ejemplo, al inducir el apareamiento reproductivo prematuro de los insec-
tos o engañar a las hembras para que se acoplen con machos estériles. Por añadidura, los
químicos pueden idear formas de aumentar la producción de fertilizantes menos dañinos
para el ambiente y sustancias que eliminen selectivamente a las hierbas nocivas.
En comparación con otras disciplinas, es habitual la idea de que la química es más difícil,
al menos en el nivel básico. Dicha percepción se justifica hasta cierto punto; por ejemplo,
es una disciplina con un vocabulario muy especializado. Sin embargo, inclusive si éste es
el primer curso de química que toma el estudiante, ya está familiarizado con el tema mucho
más de lo que supone. En las conversaciones cotidianas, se escuchan palabras relacionadas
con la química, si bien no necesariamente usadas en el sentido científicamente correcto. Son
ejemplo de ello términos como "electrónica", "salto cuántico", "equilibrio", "catalizador",
"reacción en cadena" y "masa crítica". Además, si el lector cocina, ¡entonces es un quími-
co en ejercicio! Gracias a su experiencia en la cocina, sabe que el aceite y el agua no se
mezclan y que si deja hervir el agua en la estufa llega un momento en que se evapora por
completo. También aplica los principios de la química y la física cuando usa el bicaóona-
to de sodio en la elaboración de pan; una olla a presión para abreviar el tiempo de prepara-
ción de guisos, y añade ablandador de carnes a un platillo, exprime un limón sobre
rebanadas de pera para evitar que se tornen parduscas o sobre el pescado para minimizar su
olor, o añade vinagre al agua en la que cuece huevos. Todos los días observamos esos cam-
bios sin pensar en su naturaleza química. El propósito de este curso es hacer que el estu-
7

Figura 1.2 Vista molecular simplificada de la formación de la herrumbre (Fe20 3) a partir de átomos de hierro (Fe) y moléculas de oxíge-
no (02), En realidad, el proceso requiere agua y la herrumbre también contiene moléculas de agua.
diante piense como químico, que vea el mundo macroscópico -lo que podemos ver y to-
car directamente- y visualice las partículas y fenómenos del mundo microscópico que no
podemos experimentar sin la tecnología moderna y nuestra imaginación.
Al principio es factible que al estudiante le resulte confuso que su profesor de química
y este libro alternen continuamente entre los mundos microscópico y macroscópico. Sim-
plemente debe tener en mente que los datos de las investigaciones químicas suelen prove-
nir de observaciones de fenómenos a gran escala, si bien las explicaciones suelen radicar en
el mundo microscópico invisible e imaginario de átomos y moléculas. En otras palabras, los
químicos frecuentemente ven algo (en el mundo macroscópico) y piensan en algo más (en
el mundo microscópico). Por ejemplo, al observar los clavos oxidados de la figura 1.2, un
químico pensaría en las propiedades básicas de los átomos individuales de hierro y la for-
ma en que interaccionan dichas unidades con otros átomos y moléculas para producir el
cambio observado.
1.3 El método científico
Todas las ciencias, incluidas las sociales, recurren a variantes de lo que se denomina méto-
do científico, que es un enfoque sistemático para la investigación. Por ejemplo, un psicó-
logo que pretende indagar el efecto del ruido en la capacidad de las personas para aprender
química y un químico interesado en medir el calor liberado por la combustión del hidróge-
no gaseoso en presencia de aire utilizarían aproximadamente el mismo procedimiento en
sus investigaciones. El primer paso consiste en definir minuciosamente el problema. El si-
guiente es realizar experimentos, elaborar observaciones detalladas y registrar la informa-
ción, o datos, concernientes al sistema, es decir, a la parte del universo que se investiga. (En
los ejemplos recién mencionados, los sistemas son el grupo de personas que estudia el psi-
cólogo y una mezcla de hidrógeno y aire, respectivamente.)
Los datos obtenidos en una investigación pueden ser cualitativos, o sea, consistentes
en observaciones generales acerca del sistema, y cuantitativos, es decir, comprende los nú-

1.3 El método científico 9
11 Observación I:-------.¡;IRepresentación l:-------.¡-I
t
meros obtenidos de diversas mediciones del sistema. En general, los químicos usan símbo-
los y ecuaciones estandarizados en el registro de sus mediciones y observaciones. Esta for-
ma de representación-no sólo simplifica el proceso de registro, sino que también constituye
una base común para la comunicación con otros químicos.
Una vez terminados los experimentos y registrados los datos, el paso siguiente del mé-
todo científico es la interpretación, en la que el científico intenta explicar el fenómeno ob- o.
servado. Con base en los datos recopilados, el investigador formula una hipótesis, .9ue es
...!!:!!:.a explicación te!!:.ta~iva de un conjunto de observaciones.rL~ego, se diseñan experimen-
tos adicionales para verificar la validez de la hipótesis en tantas formas como sea posible y
el proceso se inicia de nuevo. En "la figura 1.3 se resumen los pasos principales del proceso
de investigación.
Después de recopilar un gran volumen de datos, es frecuente que sea aconsejable re-
sumir la información de manera concisa, como una ley. En la ciencia, una leyes un enun-
ciado conciso, verbal o matemático, de una relación entre f enómenos que es siempre la
misma bajo las mismas condicio'!!!.§J Por ejemplo, la segunda ley del movimiento de Sir
Isaac Newton, que el lector tal vez recuerde de sus cursos de física, afirma que la fuerza es
igual a la masa por la aceleración (F = ma). El significado de esta leyes que el aumento
en la masa o en la aceleración de un objeto siempre incrementa proporcionalmente su fuer-
za, en tanto que una disminución en la masa o en la aceleración invariablemente reduce su
fuerza.
Las hipótesis que resisten muchas pruebas experimentales de su validez pueden con-
vertirse en teorías. Una teoría es un principio unificador que explica un conjunto de hechos
o las leyes basadas' en esos hechos. Las teorías también son sometid;:;s a valoración cons-
tanú~. Si una teoría es refutada en un experimento, se debe desechar o modificar para hacer-
la compatible con las observaciones experimentales. Aprobar o descartar una teoría puede
tardarse años o inclusive siglos, en parte por la carencia de la tecnología necesaria. La teo-
ría atómica, que es tema del capítulo 2, es un ejemplo al respecto. Se precisaron más de
2 000 años para confirmar este principio fundamental de la química que propuso Demócri-
to, un filósofo de la antigua Grecia. Un ejemplo más contemporáneo es la teoría del Big
Bang sobre el origen del universo, que se comenta en la página 10.
Los adelantos científicos pocas veces, si acaso, se logran de manera rígida, paso a pa-
so. En ocasiones, una ley precede a la teoría correspondiente, o viceversa. Es posible que
dos científicos empiecen a trabajar en un proyecto exactamente con el mismo objetivo y ter-
minen con enfoques del todo distintos. Después de todo, los científicos son seres humanos
y su forma de pensar y trabajar está sujeta a influencia considerable de sus antecedentes,
capacitación y personalidad.
El desarrollo de la ciencia ha sido irregular y a veces ilógico. Los grandes descubri-
mientos son resultado de las contribuciones y experiencias acumuladas de muchos investi-
gadores., pese a que el crédito por la formulación de una teoría o ley por lo regular se otorga
a una sola persona. Por supuesto, la suerte es un factor en los descubrimientos científicos,
si bien se ha afirmado que "las oportunidades favorecen a las mentes preparadas". Se re-
quiere atención y capacidad para reconocer la importancia de un descubrimiento accidental
y sacar máximo provecho de él. Es muy frecuente que el público general se entere sólo de
los adelantos científicos espectaculares. Sin embargo, por cada una de esas historias muy
conocidas existen cientos de casos de científicos que han dedicado años a trabajar en pro-
Figura 1.3 Los tres niveles del
estudio de la química y su rela-
Ción. La observación correspon-
de a fenómenos en el mundo
macroscópico; los átomos y mo-
léculas conforman el mundo mi-
croscópicoo La representación es
una escritura científica abreviada
que describe un experimento
con símbolos y ecuaciones quí-
micas. Los químicos usan su co-
nocimiento de los átomos y
moléculas para explicar un fenó-
meno observado.

L A Q u í M I e A
./
·en aCClon
El helio primordial y la teoría del Big Bang
lIi De dónde venimos? ¿Cómo se originó el universo? Los seres
{;,humanos nos hemos hecho estas preguntas desde que tenemos
capacidad de raciocinio. La búsqueda de respuestas constituye un
ejemplo del método científico.
En el decenio de 1940, el físico ruso-estadounidense George
Gamow planteó la hipótesis de que el universo se inició miles de
millones de años atrás con una explosión gigantesca, el Big Bang.
En esos primeros momentos, el universo ocupaba un volumen
diminuto y su temperatura era más alta de lo irrw.ginable. Esta bri-
llante bola de fuego de radiación mezclada con partículas micros-
cópicas de materia se enfrió gradualmente, hasta que se formaron
los átomos. Por la influencia de la fuerza de gravedad, estos áto-
mos se agruparon para formar miles de millones de galaxias, in-
cluida la nuestra, la Vía Láctea.
El concepto de Gamow es interesante y muy provocativo. Se
ha puesto a prueba experimentalmente de diversas maneras. Por
principio de cuentas, las mediciones demostraron que el universo
está en expansión, es decir, que las galaxias se alejan unas de otras
a gran velocidad. Este hecho es compatible con el nacimiento
explosivo del universo. Al imaginar tal expansión en retroceso,
como cuando se rebobina una película, los astrónomos han dedu-
cido que el universo se inició hace unos 13 000 millones de años.
La segunda observación que sustenta la hipótesis de Gamow es la
detección de radiación cósmica de fondo. A lo largo de miles de
millones de años, ¡el universo inimaginablemente caliente se ha
enfriado hasta una temperatura de 3 K (o sea, -270°C)! A esta
temperatura, gran parte de la energía corresponde a la región de
microondas. Puesto que el Big Bang habría ocurrido simultánea-
mente en todo el diminuto volumen del universo en formación, la
radiación que generó debe haber llenado todo el universo. Así
pues, la radiación debe ser la misma en todo el universo que ob-
servamos. De hecho, las señales de microondas que registran los
astrónomos son independientes de la dirección.
El tercer dato que sustenta la hipótesis de Gamow es el des-
cubrimiento del helio primordiaL Los científicos piensan que el
helio y el hidrógeno (los elementos más ligeros) fueron los prime-
ros que se formaron en las etapas iniciales de la evolución cósmi-
ca. (Se cree que otros elementos más pesados, como el carbono,
nitrógeno y oxígeno, se formaron más adelante por reacciones
nucleares en las que participaron el hidrógeno y el helio, en el
centro de las estrellas.) De ser así, un gas difuso formado por hi-
drógeno y helio se habría diseminado por todo el universo nacien-
te antes de que se formaran muchas de las galaxias. En 1995, los
Foto a color de alguna galaxia distante, incluyendo la posición
de un quasar.
astrónomos que analizaron la luz ultravioleta proveniente de un
lejano quasar (poderosa fuente de luz y de señales de radio que
se considera como una galaxia en explosión en el borde del uni-
verso) descubrieron que una parte de la luz era absorbida por los
átomos de helio en su trayecto a la Tierra. Puesto que el quasar en
cuestión dista de nuestro planeta más de 10 000 millones de años
luz (un año luz es la distancia que recorre la luz en un año), la luz
que llega a la Tierra corresponde a fenómenos que ocurrieron ha-
ce más de 10 000 millones de años. ¿Por qué el hidrógeno no fue
el elemento más abundante que se detectó? El átomo de hidróge-
no tiene un solo electrón, que se desprende por la luz de un qua-
sar en el proceso llamado ionización. Los átomos de hidrógeno
ionizados no pueden absorber en absoluto la luz del quasar. Por
otra parte, el átomo de helio tiene dos electrones. La radiación
puede quitarle al helio uno de sus electrones; pero no siempre am-
bos. Los átomos de helio ionizados todavía absorben luz y, por lo
tanto, son detectables.
Los defensores de la explicación de Gamow se regocijaron
ante la detección de helio en los confines distantes del universo.
En reconocimiento de todos los datos sustentadores, los científi-
cos ahora se refieren a la hipótesis de Gamow como teoría del Big
Bang.
yectos que finalmente terminaron siendo infructuosos, y en los que se logran resultados po-
sitivos sólo después de muchos errores y a un ritmo tan lento que pasan inadvertidos. Sín
embargo, inclusive esas investigaciones infructuosas contribuyen de alguna manera al avan-
ce continuo del conocimiento del universo físico. Es el amor por la investigación lo que
mantiene en el laboratorio a muchos científicos.
10

1.4 Clasificación de la materia 11
1.4 Clasificación de la materia
Al principio del capitulo se define la química como el estudio de la materia y los cambios
que experimenta. La materia es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia inclu-
ye lo que se puede ver y tocar (como el agua, la tierra y los árboles) y lo que no se puede
ver ni tocar (como el aire). Así pues, todo en el universo tiene una conexión "química".
Los químicos distinguen varios subtipos de materia con base en su composición y pro-
piedades. La clasificación de la materia incluye sustancias, mezclas, elementos y compues-
tos, además de los átomos y moléculas, que se estudian en el capítulo 2.
Sustancias y mezcias
Una sustancia es una forma de materia que tiene composición definida (constante) y pro-
piedades distintivas. Son ejemplos de ello el agua, amoniaco, azúcar de mesa (sacarosa),
oro y oxígeno. Las sustancias difieren entre sí por su composición y se pueden identificar
según su aspecto, color, sabor y otras propiedades.
Una mezcla es una combinación de dos o más sustancias en la que éstas conservan sus
propiedades distintivas. Algunos ejemplos familiares de ello son el aire, los refrescos, la le-
che y el cemento. ~as mezclas no poseen composición constante. Por lo tanto, las muestras
de aire obtenidas en diferentes ciudades probablemente diferirán en su composición a cau-
sa de diferencias de altitud, contaminación atmosférica, etcétera.
Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. Cuando se disuelve una cuchara-
da de azúcar en agua, se obtiene una mezcla homogénea, en la que la composición de la
mezcla es uniforme. Sin embargo, al mezclar arena con virutas de hierro, tanto una como
las otras se mantienen separadas (figura 1.4). En tal caso, se habla de una mezcla heterogé-
nea porque su composición no es uniforme.
Cualquier mezcla, sea homogénea o heterogénea, se puede formar y luego separar por
medios físicos en sus componentes puros sin cambiar la identidad de tales componentes.
Así pues, el azúcar se puede recuperar de una disolución en agua al calentar esta última y
evaporarla por completo. La condensación del vapor permite recuperar el agua. En cuanto
a la separación de la mezcla hierro-arena, es posible usar un imán para separar las virutas
a) b)
Figura 1.4 a) La mezcla con-
tiene virutas de hierro y arena.
b) Un imán permite separar las
virutas de hierro de la mezcla.
Esta misma técnica se usa en
mayor escala para separar hierro
y acero de objetos no magnéti-
cos, como aluminio, vidrio y plás-
ticos.

TABLA 1.1 Algunos elementos comunes y sus símbolos
Nombre Símbolo Nombre Símbolo Nombre Símbolo
Al Cromo Cr Oro Au
As Estaño Sn Oxígeno O
S Flúor F Plata Ag
Ba Fósforo P Platino Pt
Bi Hidrógeno H Plomo Pb
Br Hierro Fe Potasio K
Ca Magnesio Mg Silicio Si
C Manganeso Mn Sodio Na
CI Mercurio Hg Tungsteno W
Co Níquel Ni Yodo 1
Cu Nitrógeno N Zinc Zn
Aluminio
Arsénico
Azufre
Bario
Bismuto
Bromo
Calcio
Carbono
Cloro
Cobalto
Cobre
de hierro, ya que el imán no atrae a la arena misma (figura l.4b). Después de la separa-
ción, los componentes de la mezcla tendrán la misma composición y propiedades que al
principio.
Elementos y compuestos
Las sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no
se puede separar en otras más sencillas por medios químicos. Hasta la fecha se han identi-
ficado 114 elementos. La mayoría de ellos se encuentran de manera natural en la Tierra. Los
otros se han obtenido por medios científicos mediante procesos nucleares, que son tema del
capítulo 23 de este texto.
Por.conveniencia, los químicos usan símbolos de una o dos letras para representar a los
elementos. La primera letra del símbolo siempre es mayúscula, no así la letra siguiente. Por
ejemplo, Co es el símbolo del elemento cobalto, en tanto que ca es la fórmula de la mo-
lécula monóxido de carbono. En la tabla 1.1 se muestran los nombres y símbolos de algu-
nos de los elementos más comunes, y en la segunda de forros de este texto aparece una lista
completa de los elementos y sus símbolos. Los símbolos de algunos elementos se derivan
de su nombre en latín, por ejemplo; Au de aurum (oro), Fe de ferrum (hierro) y Na de na-
trium (sodio), en cambio, en muchos otros casos guardan correspondencia con su nombre
en inglés. En el apéndice 1 se incluye una lista del origen de los nombres de los elementos
y de los científicos que los descubrieron.
Los átomos de muchos elementos pueden interactuar entre sí para formar compuestos.
Por ejemplo, la combustión del hidrógeno gaseoso con el oxígeno gaseoso forma agua, cu-
yas propiedades difieren claramente de las correspondientes a los elementos que la forman.
El agua consiste en dos partes de hidrógeno por una de oxígeno. Esta composición no se
modifica, sin importar que el agua provenga de un grifo en Estados Unidos, de un lago en
Mongolia Exterior o de las capas de hielo de Marte. Así pues, el agua es un compuesto, o
sea, una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en
proporciones fijas. A diferencia de las mezclas, los compuestos sólo se pueden separar en
sus componentes puros por medios químicos.
Las relaciones entre los elementos, compuestos y otras categorías de materia se resu-
men en la figura 1.5.

-----------------------------------==--------------
1.5 Los tres estados de la materia 13
Materia
Separación por
métodos físicos
T
I ,
I
:1
Mezclas Mezclas
homogéneas heterogéneas
L...-
~ Separación por
Compuestos 1I ¡:---:-~---:-'-:-~~:1!:::::~E~l~em~en~t~os~::!J1I métodos químicos '-
Figura 1.5 Clasificación de la materia.
1.5 Los tres estados de la materia
Al menos en principio, todas las sustancias pueden existir en tres estados: sólido, líquido y
gaseoso. Como se muestra en la figura 1.6, los gases difieren de los líquidos Y sólidos en la
distancia que media entre las moléculas. En un sólido, las moléculas se mantienen juntas de
manera ordenada, con escasa libertad de movimiento. Las moléculas de un líquido están
cerca unas de otras, sin que se mantengan en una posición rígida, por lo que pueden mover-
se. En un gas, las moléculas están separadas entre sí por distancias grandes en comparación
con el tamaño de las moléculas mismas.
Son posibles las conversiones entre los tres estados de la materia sin que cambie la
composición de la sustancia. Al calentar un sólido (por ejemplo, el hielo) se funde y se
transforma en líquido (agua). (La temperatura en la que ocurre esa transición se denomina
punto de fusión.) Su calentamiento adicional convierte al líquido en gas. (Esta conversión
sobreviene en el punto de ebullición del líquido.) Por otra parte, el enfriamiento de un gas
hace que se condense en la forma de líquido. Al enfriar adicionalmente este líquido, se con-
Figura 1.6 Representación mi-
croscópica de un sólido, un líqui-
do y un gas.
Sólido Líquido Gas

Química raymond chang

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