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Fundamentos de Química - Morris Hein
Fundamentos de Química - Morris Hein
Fundamentos de Química - Morris Hein
QUÍMICA
Morris Hein • Susan Arena • Cary Willard
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Traducción
Rosa Díaz Sandoval
Doctora en Ciencias y traductora profesional
Revisión técnica
Jorge Juárez Gómez
Universidad Autónoma Metropolitana
Publicado en México
1 2 3 4 5 6 26 25 24 23
Acerca de los autores
v
Contenido breve
2 Estándares de medición 14
3 Elementos y compuestos 49
4 Propiedades de la materia 69
13 Líquidos 303
14 Soluciones 328
17 Oxidación-reducción 419
APÉNDICES 550
GLOSARIO 578
ÍNDICE 585
vi
13.1 Estados de la materia: una revisión vii
Contenido
Distribución de elementos 51
1 Una introducción a la química 1
Nombres de los elementos 52
1.1 La naturaleza de la química 2 Símbolos de los elementos 52
Pensando como un químico 2 Química en acción Nombrando elementos 54
3.2 Introducción a la tabla periódica 54
1.2 Un enfoque científico para la resolución de
problemas 3 Metales, no metales y metaloides 55
El método científico 4 Elementos diatómicos 56
Química en acción Egipcios, los primeros químicos Química en acción Elementos de teléfonos inteligentes 57
medicinales 5 3.3 Compuestos y fórmulas 58
1.3 La naturaleza de partículas de la materia 5 Compuestos iónicos y moleculares 58
Estados físicos de la materia 6 Escritura de fórmulas de compuestos 60
1.4 Clasificación de la materia 7 Composición de compuestos 61
Distinguir mezclas de sustancias puras 9 Capítulo 3 Revisión 63
Capítulo 1 Revisión 10 Preguntas de repaso 65
Preguntas de repaso 11 Ejercicios en pares 65
Ejercicios en pares 12 Ejercicios adicionales 67
Ejercicios adicionales 12 Ejercicios de reto 68
Respuestas a los ejercicios de práctica 13 Respuestas a los ejercicios de práctica 68
10.4 Estructuras atómicas de los primeros 12.6 Ley del gas ideal 281
18 elementos 214 La teoría cinético-molecular 283
10.5 Estructuras electrónicas y la tabla periódica 217 Gases reales 284
Química en acción Recolectando los elementos 218 12.7 Ley de las presiones parciales de Dalton 284
Capítulo 10 Revisión 223 Química en acción Calidad del aire 286
Preguntas de repaso 224 12.8 Densidad de los gases 287
Ejercicios en pares 224 12.9 Estequiometría de los gases 288
Ejercicios adicionales 227 Cálculos mol-volumen y masa-volumen 288
Ejercicios de reto 228 Cálculos de volumen-volumen 290
Respuestas a los ejercicios de práctica 228 Estudio de caso | Deflategate: una aplicación real de la ley
del gas ideal 291
11 Enlaces químicos: la formación de Capítulo 12 Revisión 294
compuestos a partir de átomos 229 Preguntas de repaso 296
Ejercicios en pares 297
11.1 Tendencias periódicas en las propiedades Ejercicios adicionales 299
atómicas 230 Ejercicios de reto 301
Metales y no metales 230 Respuestas a los ejercicios de práctica 302
Radio atómico 231
Energía de ionización 231 13 Líquidos 303
11.2 El enlace iónico: transferencia de electrones
de un átomo a otro 233 13.1 Estados de la materia: una revisión 304
11.3 Predicción de fórmulas de compuestos 13.2 Propiedades de los líquidos 304
iónicos 238 Tensión superficial 304
11.4 El enlace covalente: compartición Evaporación 305
de electrones 239 Presión de vapor 306
11.5 Electronegatividad 241 13.3 Punto de ebullición y punto de fusión 307
Química en acción Transformando grasas 243 Química en acción Dulce químico para los ojos 309
11.6 Estructuras de Lewis de compuestos 244 13.4 Cambios de estado 309
Química en acción ¿Lo suficientemente fuerte como 13.5 Fuerzas intermoleculares 311
para detener una bala? 248 Atracciones dipolo-dipolo 311
11.7 Estructuras de Lewis complejas 248 El puente de hidrógeno 312
11.8 Compuestos que contienen iones Química en acción ¡Qué dulce es! 314
poliatómicos 250 Fuerzas de dispersión de London 315
11.9 Forma molecular 250 13.6 Agua, un líquido único 316
El modelo de repulsión de pares de electrones de la Propiedades físicas del agua 316
capa de valencia (VSEPR) 251 Estructura de la molécula de agua 317
Estudio de caso | Un análisis de moléculas marcianas 254 Fuentes de agua para un mundo sediento 317
Capítulo 11 Revisión 256 Química en acción ¿Ósmosis inversa? 318
Preguntas de repaso 258 Estudio de caso | Cocinar bajo presión 319
Ejercicios en pares 259 Capítulo 13 Revisión 320
Ejercicios adicionales 261 Preguntas de repaso 322
Ejercicios de reto 263 Ejercicios en pares 323
Respuestas a los ejercicios de práctica 263 Ejercicios adicionales 324
Ejercicios de reto 326
12 El estado gaseoso de la materia 265 Respuestas a los ejercicios de práctica 327
14.4 Concentración de soluciones 335 Química en acción Nuevas formas de combatir las caries
Soluciones diluidas y concentradas 336 y evitar el taladro 397
Solución de porcentaje en masa 336 16.4 Constantes de equilibrio 398
Porcentaje en masa/volumen (m/v) 338 16.5 Constante de producto iónico para el agua 399
Porcentaje en volumen 338 16.6 Constantes de ionización 401
Molaridad 338 16.7 Constante del producto de solubilidad 403
Problemas de dilución 342 16.8 Amortiguadores químicos: el control del pH 406
14.5 Propiedades coligativas de las soluciones 343 Química en acción Intercambio de oxígeno y dióxido
Química en acción La cucharada del helado 347 de carbono en la sangre 408
14.6 Ósmosis y presión osmótica 348 Estudio de caso | Ácidos, pH y amortiguadores 409
Estudio de caso | ¿El agua puede matar? Explorando los Capítulo 16 Revisión 411
efectos de la ósmosis 350 Preguntas de repaso 412
Capítulo 14 Revisión 352 Ejercicios en pares 413
Preguntas de repaso 354 Ejercicios adicionales 415
Ejercicios en pares 355 Ejercicios de reto 417
Ejercicios adicionales 358 Respuestas a los ejercicios de práctica 418
Ejercicios de reto 360
Respuestas a los ejercicios de práctica 360 17 Oxidación-reducción 419
Fundamentos de química presenta la química como un tema Fomentar las habilidades de los estudiantes
moderno y vital, y se diseñó para hacer accesible la química La actitud uega un papel fundamental en la resolución de pro-
introductoria a todos los estudiantes principiantes. l enfoque blemas. Alentamos a los estudiantes a aprender que un enfo-
central es hacer que la química sea interesante y comprensible que sistemático para resolver problemas es me or que la simple
para los estudiantes, y enseñarles las habilidades de resolución memori ación. A lo largo del libro enfati amos el uso de nues-
de problemas que requerirán. Al preparar esta nueva edición tro enfoque para la resolución de problemas a n de animar a
consideramos los comentarios y sugerencias de estudiantes e los estudiantes a pensar cada problema. Una ve que hemos
instructores para diseñar el contenido refor ando las explica- sentado las bases de los conceptos, destacamos los pasos para
ciones claras y la resolución de problemas paso a paso. Hemos que los estudiantes puedan locali arlos fácilmente. Las reglas
tratado especialmente de relacionar la química con la vida real y ecuaciones importantes se destacan para enfati ar y facilitar
de nuestros estudiantes a medida que desarrollamos los prin- la referencia.
cipios que forman la base del estudio posterior de la química
y para brindarles las habilidades para resolver problemas y la Práctica del estudianteࢡLos problemas de práctica
práctica necesaria en sus estudios futuros. Hemos agregado siguen los e emplos del texto con las respuestas al nal del
studios de caso a muchos de los capítulos para alentar a los capítulo. Al terminar cada capítulo aparece una Revisión
instructores a involucrar a sus alumnos en este estilo de del capítulo y una sección de Preguntas de repaso que ayudan a
aprendi a e. los estudiantes a repasar términos y conceptos clave, así como
el material presentado en las tablas y guras. A estas secciones
Fundamentos de química, a edición, está destinada a estu- le siguen Ejercicios en pares que cubren conceptos y e ercicios
diantes que nunca han tomado un curso de química o aquellos numéricos donde se presentan dos e ercicios similares uno al
que han tenido una interrupción signi cativa en sus estudios lado del otro. La sección titulada Ejercicios adicionales incluye
pero planean continuar con la secuencia de química general. más problemas de práctica presentados en un orden más alea-
esde sus inicios este libro ha ayudado a de nir el curso pre- torio. La sección nal de e ercicios se titula Ejercicios de reto y
paratorio de química y ha desarrollado una audiencia mucho contiene problemas diseñados para ampliar la comprensión de
más amplia. Además de la química preparatoria, nuestro texto los conceptos por parte del estudiante e integrar conceptos
se usa ampliamente en cursos de propósito general de un se- de otros capítulos.
mestre como los de campos de la salud aplicada y en cursos
para carreras no cientí cas. PRÁCTICA 7.7
Calcule la composición porcentual de Ca(NO3)2.
P RÁCT I C A 7 . 8
Determine la composición porcentual de K2CrO4.
Desarrollo de habilidades para
resolver problemas Problemas de práctica
Todos queremos que nuestros estudiantes desarrollen habili- Estrategia de resolución de problemas
dades reales para resolver problemas. Creemos que una clave
Para calcular la composición porcentual de la fórmula
para el éxito de este texto es el hecho de que nuestro enfoque 1. Calcule la masa molar (sección 7.2).
de resolución de problemas funciona para los estudiantes. 2. Divida la masa total de cada elemento en la fórmula entre la masa molar y multipli-
s un proceso paso a paso que enseña el uso de unidades y que por 100. Esto da la composición porcentual:
muestra la conversión de una unidad a la siguiente. Hemos masa total del elemento × 100 = porcentaje del elemento
_____________________
masa molar
utili ado este enfoque de resolución de problemas en nuestros
e emplos a lo largo del texto para alentar a los estudiantes a Estrategia de resolución de problemas
pensar durante cada problema. n esta edición usamos e em-
plos para incorporar habilidades matemáticas fundamentales,
notación cientí ca y cifras signi cativas. ncluimos recuadros
de estrategia de resolución de problemas en el texto para re-
Organización
saltar los pasos necesarios para resolver problemas de quími- nfati amos los aspectos menos teóricos de la química al prin-
ca. Se ha tenido mucho cuidado para mostrar cada paso en cipio del libro, de ando la teoría más abstracta para más ade-
el proceso de resolución de problemas y utili ar estos pasos lante. sta secuencia parece especialmente apropiada en un
para resolver los problemas de e emplo. Continuamos usando curso donde los estudiantes se encuentran con la química por
cuatro cifras signi cativas para las masas atómica y molar por primera ve . Los átomos, las moléculas y las reacciones son par-
consistencia y para redondear las respuestas adecuadamente. te integral de la naturale a química de la materia. Un sólido
Hemos sido meticulosos al brindar respuestas correctamente entendimiento de estos temas le permite al estudiante desarro-
redondeadas para los estudiantes que tienen di cultades con llar una comprensión básica de las propiedades químicas y el
las matemáticas. vocabulario.
xii
PREFACIO xiii
Los capítulos a presentan las matemáticas básicas y el de instrucción para sus estudiantes. stos estudios de caso
lengua e de la química, incluyendo una explicación del sistema brindan una oportunidad para que los estudiantes traba en
métrico y las cifras signi cativas. n el capítulo presentamos en equipos y apliquen los conceptos y la información que
las propiedades químicas: la capacidad de una sustancia para han estudiado a una nueva situación.
formar nuevas sustancias. nseguida, en el capítulo , los estu- Las fotos se han actuali ado a lo largo del texto.
diantes se encuentran con la historia y el lengua e de la teoría
atómica básica.
Presentamos material a un nivel apropiado para el estu-
diante principiante al enfati ar la nomenclatura, la composi- Ayudas de aprendizaje
ción de los compuestos y las reacciones en los capítulos 6 a 9 an-
tes de pasar a los detalles de la teoría atómica moderna. Algunas Para ayudar al estudiante principiante a ganar la con an a ne-
aplicaciones de la tabla periódica se muestran en los primeros cesaria para dominar el material técnico, hemos perfeccionado
capítulos y se anali an en detalle en los capítulos y . Los y me orado una serie de ayudas de aprendi a e:
estudiantes adquieren con an a en su propia habilidad para Objetivos de aprendizaje resaltan el concepto que se en-
identi car y traba ar con productos químicos en el laboratorio seña en cada sección. stos ob etivos están vinculados a
antes de abordar los modelos moleculares de la materia. Como Ejemplos, Problemas de práctica, Ejercicios de revi-
químicos practicantes tenemos pocas di cultades para conectar sión y Ejercicios para ayudar al estudiante a dominar cada
modelos moleculares y propiedades químicas. Los estudiantes, módulo de concepto y ob etivo.
especialmente aquellos sin experiencia previa en química, pue-
Los términos importantes se resaltan en negritas donde se
den no compartir esta habilidad para conectar los modelos mo-
de nen. Todos los términos clave listados en la Revisión
leculares y las propiedades macroscópicas de la materia. Aque-
del capítulo también se de nen en el Glosario.
llos instructores que sientan que es esencial enseñar la teoría
atómica y los enlaces al principio del curso pueden cubrir los Los ejemplos resueltos muestran a los estudiantes cómo
capítulos y inmediatamente después del capítulo . resolver problemas utili ando Estrategias de resolución
de problemas y Mapas de soluciones antes de que se les
pida que aborden los problemas por su cuenta.
Los Problemas de práctica permiten el refuer o inme-
Novedades en esta edición diato de una habilidad que se muestra en los problemas de
n esta edición hemos tratado de construir sobre las fortale as e emplo. Las respuestas se proporcionan al nal del capítu-
de las ediciones anteriores. Hemos revisado los materiales de lo para alentar a los estudiantes a veri car su resolución de
nal del capítulo y cambiamos un porcenta e de los e ercicios. problemas de inmediato.
Continuamente nos esfor amos por mantener el material Las anotaciones al margen ayudan a los estudiantes a
al mismo nivel para que los estudiantes puedan leer y usar fácil- comprender los conceptos básicos y las técnicas de resolu-
mente el texto y el material complementario para aprender quí- ción de problemas. stas se destacan con la palabra TA
mica. Con un enfoque en la resolución de problemas, el com- en un recuadro a ul para distinguirlas claramente del texto
promiso de los estudiantes y la claridad, algunos de los cambios principal.
especí cos se destacan a continuación:
Ayudas para el aprendizaje: Habilidades ma-
E J E M P LO 7 . 6 temáticasࢡPara estudiantes que puedan necesitar ayuda
¿Cuántos átomos de oxígeno hay en 1.00 mol de moléculas de oxígeno?
con los aspectos matemáticos de la química, las siguientes ayu-
Solución das para el aprendi a e están disponibles:
Planear El oxígeno es una molécula diatómica con la fórmula O2. Por lo tanto, una molécula de
2 átomos de O Una Revisión de matemáticas que cubre las funciones
oxígeno contiene 2 átomos de oxígeno: ____________ .
1 molécula de O2
básicas se proporciona en el apéndice .
Mapa de solución: mol de O2 → moléculas de O2 → átomos de O
Una introducción
a la química
Nataliia Korzhenevska/Shutterstock
¿Sabe cómo se crean los hermosos y complicados espectáculos de fuegos CONTENIDO DEL CAPÍTULO
arti ciales ¿Alguna vez se ha preguntado cómo una pequeña plántu-
la puede convertirse en un tallo de maíz más alto que usted en una sola 1.1 La naturaleza de la química
temporada uizá le hayan fascinado las llamas de una chimenea en una 1.2 Un enfoque científico para la resolución
velada romántica mientras cambian de color y de forma. Los colores es-
de problemas
pectaculares de la aurora boreal que se muestran en la ilustración superior
son el resultado de la química en nuestra atmósfera. Y piense además en 1.3 La naturaleza de partículas de la materia
su consuelo cuando de ó caer un recipiente y descubrió que era de plástico, 1.4 Clasificación de la materia
no de vidrio. stos fenómenos son el resultado de la química que ocurre
a nuestro alrededor todo el tiempo. Los cambios químicos nos traen her-
mosos colores, calidez, luz y productos para que nuestras vidas funcionen
me or. Comprender, explicar y utilizar la diversidad de materiales que en-
contramos a nuestro alrededor es de lo que se trata la química.
1
2 CAPÍTULO 1 Una introducción a la química
Nota Los términos clave están l conocimiento de la química es útil para prácticamente todos, vemos que la química ocurre a
resaltados en negritas para alertarle nuestro alrededor todos los días. La comprensión de la química es útil para ingenieros, maes-
sobre nuevos términos de nidos en tros, profesionales de la salud, abogados, amas de casa, empresarios, bomberos y ambientalistas,
el texto. solo por nombrar algunos. ncluso si no planea traba ar en alguno de estos campos, la química
es importante y la gente la usa todos los días. Aprender acerca de los bene cios y riesgos asocia-
Juanmonino/E+/Getty Images dos con los productos químicos lo ayudará a ser un ciudadano informado, capaz de tomar deci-
siones inteligentes sobre el mundo que lo rodea. studiar química le enseña a resolver proble-
mas y comunicarse con los demás de manera organizada y lógica. stas habilidades serán útiles
en la universidad y a lo largo de su carrera (ver nota).
¿ ué es la química Un diccionario da esta de nición: La química es la ciencia de la com-
posición, estructura, propiedades y reacciones de la materia, especialmente de los sistemas ató-
micos y moleculares . Una de nición más simple es: La química es la ciencia que se ocupa de
la composición de la materia y los cambios en la composición que sufre la materia . Ninguna
de estas de niciones es del todo adecuada. La química y la física forman una rama fundamental del
conocimiento. La química también está estrechamente relacionada con la biología, no solo porque
los organismos vivos están hechos de sustancias materiales, sino también porque la vida misma es
esencialmente un sistema complicado de procesos químicos interrelacionados (ver foto).
l campo de la química es bastante amplio. ncluye el universo entero y todo, animado
e inanimado, en él. La química se ocupa de la composición y los cambios en la composición de
la materia, así como también de la energía y los cambios de energía asociados con la materia.
A través de la química buscamos aprender y comprender los principios generales que rigen el
comportamiento de toda la materia.
l químico, como otros cientí cos, observa la naturaleza e intenta comprender sus secretos:
¿qué hace que un tulipán sea ro o ¿Por qué el azúcar es dulce ¿ ué ocurre cuando el hierro se
Un profesional de la salud debe oxida ¿Por qué es venenoso el monóxido de carbono Problemas como estos, algunos de los cua-
comprender la química para poder les se han resuelto, algunos están aún por resolverse, forman parte de lo que llamamos química.
Un químico puede interpretar fenómenos naturales, diseñar experimentos que revelen
administrar la dosis correcta de
la composición y estructura de sustancias comple as, estudiar métodos para me orar pro-
medicamento.
cesos naturales o sintetizar sustancias. n última instancia, los esfuerzos de los químicos
exitosos hacen avanzar las fronteras del conocimiento y al mismo tiempo contribuyen al
bienestar de la humanidad.
mundo de los átomos y las moléculas y sus movimientos. La química establece la conexión entre
el mundo microscópico de las moléculas y el mundo macroscópico de los objetos cotidianos.
Piense en el agua del lago. En la super cie tiene belleza y colores y acaricia suavemente
la orilla del lago. ¿Cuál es la naturaleza microscópica del agua Está compuesto de pequeñas
moléculas representadas como
H H H H
O O
E J E M P LO 1 . 1
Le dan ocho átomos de oxígeno y 1 átomos de hidrógeno. ¿Cuántas moléculas de agua puede formar
con ellos
Solución
Del modelo que se muestra arriba para una molécula de agua, puede ver que una molécula de agua con-
tiene un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Usando este modelo como referencia, puede for-
mar ocho moléculas de agua a partir de ocho átomos de oxígeno. Pero solo puede formar siete moléculas
de agua a partir de 1 átomos de hidrógeno con un átomo de H y un átomo de sobrantes. La respuesta
es siete moléculas de agua.
P RÁCT I C A 1 . 1
Le dan diez átomos de hidrógeno y ocho átomos de oxígeno. ¿Cuántas moléculas de agua puede for-
mar con ellos
Una de las cosas más comunes e importantes que hacemos todos los días es resolver problemas.
Por ejemplo:
Si tiene dos exámenes y un informe de laboratorio para el lunes. ¿Cómo debería dividir su
tiempo
Al dirigirse a su escuela se entera por la radio que hay un gran accidente en la autopista.
¿Cuál es su ruta alternativa más rápida para evitar el problema de trá co
Necesita comprar alimentos, enviar algunos paquetes, asistir al partido de futbol de su hijo y
recoger la ropa de la tintorería. ¿Cuál es la secuencia de eventos más e ciente
Todos enfrentamos este tipo de problemas y decisiones. Un enfoque lógico puede ser útil para
resolver problemas cotidianos:
ࢡܥއDe nir el problema. Primero necesitamos reconocer que tenemos un problema y exponerlo
con claridad, incluyendo toda la información conocida. Cuando hacemos esto en ciencia, lo
llamamos realizar una observación.
ࢡܥވProponer posibles soluciones al problema. En ciencia esto se llama establecer una hipótesis.
ࢡܥމDecidir cuál es la mejor manera de proceder o solucionar el problema. En la vida diaria usa-
mos nuestra memoria de experiencias pasadas para ayudarnos. En el mundo de la ciencia
realizamos un experimento.
4 CAPÍTULO 1 Una introducción a la química
ale la pena utilizar un enfoque cientí co para la resolución de problemas. Ayuda en todos los
aspectos de su vida, ya sea que planee ser cientí co, médico, empresario o escritor.
El método científico
Los químicos trabajan juntos y también con otros cientí cos para resolver problemas. A medida
que los cientí cos realizan estudios, hacen muchas preguntas, y sus preguntas con frecuencia
los conducen en direcciones que no son parte del problema original. Los asombrosos desarrollos
Westend61/Getty Images de la química y la tecnología por lo general involucran lo que llamamos el método cientíʐʒco,
que de manera general se puede describir de la siguiente forma:
ࢡܥއRecolectar ĆecĆos o datos que son relevantes para el problema o pregunta en cuestión.
Esto por lo general se hace mediante experimentación plani cada. A continuación se ana-
lizan los datos para encontrar tendencias o regularidades que sean pertinentes al problema.
ࢡܥވormular una Ćipótesis que explique los datos y pueda probarse con más experimentación.
ࢡܥފModiʐʒcar la Ćipótesis según sea necesario para que sea compatible con todos los datos
pertinentes.
A veces surge confusión con respecto a los signi cados exactos de las palabras hipótesis, teoría y
Los cientí cos emplean el método ley. Una Ćipótesis es una explicación tentativa de ciertos hechos que proporciona una base para
cientí co todos los días en su traba- una mayor experimentación. Una hipótesis bien establecida a menudo se denomina teoría o
jo de laboratorio. modelo. Así, una teoría es una explicación de los principios generales de ciertos fenómenos con
considerable evidencia o hechos para apoyarla. Las hipótesis y teorías explican los fenómenos
naturales, mientras que las leĘes cientíʐʒcas son simples enunciados de fenómenos naturales
de los que no se conocen excepciones con las condiciones dadas (ver foto).
Estos cuatro pasos son un esquema del procedimiento general que se sigue en la mayoría
del trabajo cientí co, pero no son una receta para hacer química o cualquier otra ciencia
(ʐʒgura )ވܥއ. Sin embargo, la química es una ciencia experimental, y gran parte de su progreso
se debe a la aplicación del método cientí co a lo largo de la investigación sistemática.
Estudiamos muchas teorías y leyes en química; esto facilita nuestra tarea como estudian-
tes porque las teorías y las leyes resumen aspectos importantes de las ciencias. Ciertas teorías
y modelos propuestos por grandes cientí cos en el pasado han sido sustancialmente altera-
dos y modi cados desde entonces. Tales cambios no signi can que los descubrimientos del pasado
sean menos signi cativos. La modi cación de teorías y modelos existentes a la luz de nueva evi-
dencia experimental es esencial para el crecimiento y evolución del conocimiento cientí co. La
ciencia es dinámica.
Observaciones Leyes
(análisis) (explicación)
Hipótesis
Experimento
(análisis)
Teoría
(modelo)
bserve cualquier imagen de los anti- productos no son lustrosos. Esto llevó a los químicos a
guos egipcios y note el delineador de preguntarse por qué los egipcios agregarían estos com-
ojos negro que se usaba por lo común puestos a su delineador de ojos. La respuesta se reveló
Todo el universo consiste en materia y energía. Todos los días entramos en contacto con innu-
merables tipos de materia. El aire, la comida, el agua, las rocas, la tierra, el vidrio y este libro son
todos tipos diferentes de materia. En términos generales, la materia es cualquier cosa que tenga
masa y ocupe un espacio.
La materia puede ser bastante invisible. Por ejemplo, si un tubo de ensayo en apariencia
vacío se sumerge con la boca hacia abajo en un vaso de precipitados con agua, el agua sube solo
un poco hacia el interior del tubo. El agua no puede subir más porque el tubo está lleno de ma-
teria invisible: aire (ʐʒgura )މܥއ.
Para el ojo macroscópico, la materia parece ser continua e ininterrumpida. Estamos impre-
sionados por la gran diversidad de la materia. Dadas sus muchas formas, es difícil creer que a ni-
vel microscópico toda la materia esté compuesta de partículas fundamentales discretas y diminutas
llamadas átomos (ʐʒgura )ފܥއ. Es en FIGURA 1.3 Un tubo de ensayo
realidad sorprendente comprender
en apariencia vacío se sumerge en
que las partículas fundamentales del
agua con la boca hacia abajo. Solo
helado son bastante similares a las
partículas del aire que respiramos. La un pequeño volumen de agua sube
materia es, en realidad, discontinua y al tubo, que en realidad está lleno
está compuesta de partículas diminu- de materia invisible: aire.
tas y discretas llamadas átomos.
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la materia. (a) Sólido: las moléculas
de agua se mantienen juntas de for-
ma rígida y están bastante cerca unas
de otras. (b) Líquido: las moléculas de
agua están más juntas pero son libres
Carlos
Carlos
de moverse y deslizarse una sobre
©
otra. (c) Gas: las moléculas de agua
están separadas y se mueven
de manera libre y aleatoria.
Aunque la materia es discontinua, existen fuerzas de atracción que mantienen unidas las
partículas y le dan a la materia su apariencia de continuidad. Estas fuerzas atractivas son más
fuertes en los sólidos, lo que les da rigidez; son más débiles en líquidos pero aún lo su ciente-
mente fuertes como para contener líquidos en volúmenes de nidos. En los gases las fuerzas
de atracción son tan débiles que las partículas de un gas son casi independientes entre sí. La
tabla އܥއenlista los materiales comunes que existen como sólidos, líquidos y gases. La tabla
ވܥއcompara las propiedades de sólidos, líquidos y gases.
TABLA 1.1 ࢡMateriales comunes en los estados sólido ܡlíquido Ę gaseoso de la materia
El término materia se re ere a todos los materiales que componen el universo. Existen muchos
miles de tipos distintos de materia. Una sustancia es un tipo particular de materia con una
composición de nida y ja. A veces conocidas como sustancias puras, las sustancias son ele-
mentos o compuestos. Ejemplos familiares de elementos son el cobre, el oro y el oxígeno. Los
compuestos familiares son la sal, el azúcar y el agua. Hablaremos de elementos y compuestos
con más detalle en el capítulo 3.
Clasi camos una muestra de materia como homogénea o heterogénea al examinarla. La
materia Ćomogénea es uniforme en apariencia y tiene las mismas propiedades en todas partes.
La materia que consta de dos o más fases físicamente distintas es Ćeterogénea. Una Ąase es
una parte homogénea de un sistema separada de otras partes por límites físicos. Un sistema
es simplemente el cuerpo de materia bajo consideración. Siempre que tengamos un sistema en
el que existan límites visibles entre las partes o componentes, ese sistema tiene más de una fase
y es heterogéneo. No importa si estos componentes están en estado sólido, líquido o gaseoso.
Una sustancia pura puede existir como diferentes fases en un sistema heterogéneo. El hielo
que ota en el agua, por ejemplo, es un sistema bifásico formado por agua sólida y agua líquida.
El agua en cada fase es de composición homogénea, pero debido a que están presentes dos fases
el sistema es heterogéneo.
8 CAPÍTULO 1 Una introducción a la química
Una mezcla es un material que contiene dos o más sustancias y puede ser heterogénea u
homogénea. Las mezclas son de composición variable. Si añadimos una cucharada de azúcar a un
vaso de agua, de inmediato se forma una mezcla heterogénea. Las dos fases son un sólido (azúcar)
y un líquido (agua). Pero al revolver, el azúcar se disuelve para formar una mezcla o solución homo-
génea (ver foto). Ambas sustancias aún están presentes: todas las partes de la solución son dulces
y húmedas. Las proporciones de azúcar y agua se pueden variar con solo agregar más azúcar y
revolviendo para disolver. Las soluciones no tienen que ser líquidas. Por ejemplo, el aire es una
mezcla homogénea de gases. También existen soluciones sólidas. El latón es una solución ho-
mogénea de cobre y zinc.
FIGURA 1.7 Clasi cación de la materia. Una sustancia pura siempre tiene una
composición homogénea, mientras que una mezcla siempre contiene dos o más
sustancias y puede ser homogénea o heterogénea.
1.4 Clasificación de la materia 9
ࢡܥއUna mezcla siempre contiene dos o más ࢡܥއUna sustancia pura (elemento o compuesto)
sustancias que pueden estar presentes en can- siempre tiene una composición de nida por
tidades diferentes. su masa.
P RÁCT I C A 1 . 2
¿Cuál de las siguientes es una mezcla y cuál es una sustancia pura Explique su respuesta.
a ܥvinagre ( de ácido acético y 96 de agua)
b ܥsolución de cloruro de sodio (sal)
c ܥoro
d ܥleche
¿Cómo se distingue una mezcla de una sustancia pura Una mezcla siempre contiene
dos o más sustancias que pueden estar presentes en concentraciones variables. Considere-
mos dos ejemplos.
Ken Karp
(a) (b)
(a) Cuando el hierro y el azufre existen como sustancias puras, solo el hierro es
atraído por un imán. (b) Una mezcla de hierro y azufre se puede separar utilizando
la diferencia de atracción magnética.
10 CAPÍTULO 1 Una introducción a la química
Capítulo 1 Revisión
1.1 La naturaleza de la química
La química es importante para todos porque ocurre a nuestro alrededor en nuestra vida diaria.
La química es la ciencia que se ocupa de la materia y los cambios en la composición que sufre la materia.
Los químicos buscan comprender los principios generales que gobiernan el comportamiento de toda
la materia.
La química mira dentro de los objetos ordinarios para estudiar cómo se comportan sus componentes.
La química conecta los mundos macroscópico y microscópico.
Preguntas de repaso
ࢡܥއExplique la diferencia entre ¿ࢡܥތCuántas fases hay en el cilindro graduado Richard Megna/
que se muestra (ver foto) Fundamental Photographs
a ܥuna hipótesis y una teoría
¿ࢡܥލué otro nombre recibe una mezcla
b ܥuna teoría y una ley cientí ca
homogénea
ࢡܥވConsidere cada una de las siguientes declaraciones y determine si re-
¿ࢡܥގué líquidos listados en la tabla 1.1 no
presenta una observación, una hipótesis, una teoría o una ley cientí ca:
son mezclas
a ܥLa pila de mi reloj debe estar descargada porque ya no da la
¿ࢡܥޏCuáles de los gases listados en la tabla 1.1
hora.
no son sustancias puras
b ܥMi computadora debe tener un virus ya que no está funcionan-
ࢡܥކއCuando se quita el tapón de una botella
do de forma correcta.
parcialmente llena que contiene ácido acético sólido y líquido a 16. C,
c ܥEl aire se siente fresco. de inmediato se percibe un fuerte olor a vinagre. ¿Cuántas fases de
d ܥLa vela arde con más intensidad en oxígeno puro que en aire ácido acético deben estar presentes en la botella Explique.
porque el oxígeno favorece la combustión. ¿ࢡܥއއEl sistema contenido en la botella de la pregunta 1 es homogéneo
e ܥMi hermana viste de rojo a menudo. o heterogéneo Explique.
Ą ܥUna sustancia pura tiene una composición de nida y ja. ¿ࢡܥވއEs necesariamente homogéneo un sistema que contiene una sola
sustancia Explique.
ࢡܥމDetermine si cada una de las siguientes a rmaciones se re ere a un
sólido, un líquido o un gas: ¿ࢡܥމއEs necesariamente heterogéneo un sistema que contiene dos o
más sustancias Explique.
a ܥTiene un volumen de nido pero no una forma de nida.
ࢡܥފއDistinga entre mezclas homogéneas y heterogéneas.
b ܥTiene un volumen inde nido y alta compresibilidad.
¿ࢡܥދއCuáles de las siguientes son sustancias puras
c ܥTiene una forma de nida.
a ܥazúcar
d ܥTiene una forma inde nida y ligera compresibilidad.
b ܥarena
ࢡܥފAlgunos sólidos tienen una estructura cristalina, mientras que otros c ܥoro
tienen una estructura amorfa. Para cada una de las cinco descripciones
d ܥjarabe de maple
siguientes, determine si se re ere a un sólido cristalino o a un sólido
amorfo: e ܥhuevos
a ܥtiene un patrón regular repetitivo ࢡܥތއUse los pasos del método cientí co para ayudar a determinar la
razón por la que su teléfono celular ha dejado de funcionar de forma
b ܥplástico
repentina:
c ܥno tiene un patrón regular repetitivo
a ܥobservación
d ܥvidrio
b ܥhipótesis
e ܥoro c ܥexperimento
ࢡܥދDe na una fase. d ܥteoría
12 CAPÍTULO 1 Una introducción a la química
Ejercicios en pares
Todos los ejercicios con números azules tienen respuestas en el apéndice .
ࢡܥއConsulte la ilustración y determine qué estado(s) de la materia es- ࢡܥވConsulte la ilustración y determine qué estados de la materia están
tá(n) presente(s). presentes.
ࢡܥމObserve la foto y determine si representa una mezcla homogénea ࢡܥފObserve la siguiente hoja de arce y determine si representa una
o heterogénea. mezcla homogénea o heterogénea.
Richard Megna/Fundamental
Justin Horrocks/iStockphoto
Photographs
ࢡܥދPara cada una de las siguientes mezclas, indique si es homogénea ࢡܥތPara cada una de las siguientes mezclas, indique si es homogénea
o heterogénea: o heterogénea:
a ܥagua de la llave c ܥaderezo de ensalada de aceite y vinagre a ܥacero inoxidable c ܥsuelo
b ܥbebida carbonatada d ܥgente en un estadio de futbol b ܥaceite de motor d ܥun árbol
Ejercicios adicionales
ࢡܥލEn casa, revise los gabinetes de su cocina y baño en busca de cinco Utilice la siguiente etiqueta de alimentos para responder los ejer-
sustancias diferentes; enseguida lea las etiquetas y liste el primer in- cicios 9 y 10.
grediente de cada una.
Declaración Promedio/raciones %VD* Promedio/raciones %VD*
ࢡܥގDurante la primera semana de un nuevo semestre, considere que se nutricional
ha inscrito en cinco clases diferentes, cada una de las cuales se reúne Tamaño de la porción Grasa total 12 g 18% Sodio 940 mg 39%
durante 3 horas por semana. Por cada hora que se pasa en clase, se 1 taza (249 g)
Porciones alrededor Grasa saturada 6g 30% Carbohid. tot. 24 g 8%
requiere un mínimo de 1 hora fuera de clase para completar las tareas de 3
y estudiar para los exámenes. Usted también trabaja 2 horas a la se- Calorías 250
Grasa poliinsat. 1.5 g Fibra diet. 1 g 4%
mana y le toma 1 hora conducir hasta el lugar de trabajo y regresar a Cal. de grasa 110 Grasa monoinsat. 2.5 g Azúcares 1 g
casa. Los viernes por la noche socializa con sus amigos. Está bastan- *El porcentaje de los
Colest. 60
. mg 20% Proteínas 10 g 20%
valores diarios (VD) se
te seguro de que podrá completar con éxito el semestre con buenas basa en una dieta de 2000
cali caciones. Muestre cómo los pasos del método cientí co pueden calorías Vitamina A 0% • Vitamina C 0% • Calcio 6% • Hierro 8%
ayudarlo a predecir el resultado del semestre. INGREDIENTES: AGUA, CALDO DE POLLO, PASTA ENRIQUECIDA
(SÉMOLA DE TRIGO, SÓLIDOS DE CLARA DE HUEVO, NIACINA,
HIERRO, MONONITRATO DE TIAMINA [VITAMINA B1], RIBOFLAVI-
NA [VITAMINA B2] Y ÁCIDO FÓLICO), CREMA (DERIVADA DE LA
LECHE), POLLO, CONTIENE MENOS DEL 2% DE: QUESOS
(GRANULARES, PARMESANO Y PASTA ROMANO [LECHE DE
VACA PASTEURIZADA, CULTIVOS, SAL, ENZIMAS], AGUA, SAL,
ÁCIDO LÁCTICO, ÁCIDO CÍTRICO Y FOSFATO DISÓDICO),
MANTEQUILLA (NATA DULCE PASTEURIZADA [DERIVADA DE LA
LECHE] Y SAL), ALMIDÓN DE MAÍZ MODIFICADO, SAL, SÓLIDOS
DE HUEVO ENTERO, AZÚCAR, ALMIDÓN DE ARROZ, AJO,
ESPECIAS, GOMA XANTANA, HARINA DE MOSTAZA, AISLAMIEN-
TO DE PROTEÍNA DE SOYA Y FOSFATO DE SODIO.
Respuestas a los ejercicios de práctica 13
ࢡܥޏIdenti que los siguientes ingredientes como una sustancia pura o ܥވއa ¿ ܥué imagen describe mejor una mezcla homogénea
una mezcla.
b¿ ܥCómo clasi caría el contenido de los otros contenedores
a ܥagua
c ¿ ܥué imagen contiene un compuesto Explique cómo hizo su
b ܥcaldo de pollo (el líquido que queda en la olla después de coci- elección.
nar el pollo)
ܥމއSe muestran varios elementos químicos. Para cada uno también
c ܥsal se muestra una vista microscópica. Determine el número de fases para
d ܥharina de mostaza cada sustancia siguiente e identifíquelas.
a ܥyodo
ࢡܥކއUtilizando la etiqueta del alimento, elabore una hipótesis sobre la
calidad nutricional de este alimento. Proponga una forma de determi-
nar si su hipótesis es válida.
Richard Megna/
Fundamental Photographs
Stocktrek Images/
(3) (4) Richard Roscoe/Getty Images
Revisión de matemáticas
Multiplicación
La multiplicación es un proceso de sumar cualquier número o cantidad dado a sí mismo un
cierto número de veces. Por lo tanto, 4 por 2 signi ca 4 sumado dos veces, o 2 sumado cuatro
veces, para dar el producto de 8. Varias formas de expresar la multiplicación son
Cada una de estas expresiones signi ca a por b, o a multiplicada por b, o b multiplicada por a.
La expresión °F = (1.8 × °C) + 32 signi ca que debemos multiplicar 1.8 por los grados Celsius y
sumar 32 al producto. Cuando °C es igual a 50,
División
La palabra división tiene varios signi cados. Como expresión matemática, es el proceso de en-
contrar cuántas veces un número o cantidad está contenido(a) en otro. Varias formas de expre-
sar la división son
a÷b _a_ a/b
b
Cuando a = 15 y b = 3, 15 = 5.
___
3
Al sumar números que expresan unidades de medida, debemos estar seguros de que los núme-
ros sumados tienen todos las mismas unidades. Por ejemplo, ¿cuál es la longitud total de tres
tubos de vidrio: 10.0 cm, 125 mm y 8.4 cm? Si simplemente sumamos los números, obtenemos
un valor de 143.4, pero no estamos seguros de cuál es la unidad de medida. Para sumar estas
longitudes correctamente, primero cambie 125 mm a 12.5 cm. Ahora todas las longitudes se
expresan en las mismas unidades y se pueden sumar:
10.0 cm
12.5 cm
8.4 cm
‾
30.9 cm
Al restar números que son medidas, asegúrese de que las medidas estén en las mismas uni-
dades. Por ejemplo, reste 22 cm de 0.62 m. Primero cambie m a cm, luego haga la sustracción.
62 cm
100 cm = 62 cm
(0.62 m)(_______ −22 cm
m ) ‾40 cm
número entero en el denominador. (Mueva el decimal tanto del numerador como del denomi-
nador la misma cantidad y en la misma dirección.) Por ejemplo,
136.94 = ______
______ 1369.4
4.1 41
El ajuste del punto decimal en este ejemplo equivale a multiplicar tanto el numerador como el
denominador por 10. Ahora realizamos la división normalmente, ubicando el punto decimal
inmediatamente arriba de su posición en el dividendo:
_33.4 0.0168
41√1269.4 _____ 44.1 = 2625√_
0.441 = _____ 44.1000
26.25 2625
Estos ejemplos son guías de los principios utilizados para realizar las diversas operaciones
matemáticas ilustradas. El uso de una calculadora ahorrará muchas horas de cálculos tediosos.
Después de resolver un problema, el estudiante debe veri car si hay errores y evaluar la respues-
ta para ver si es lógica y consistente con los datos dados.
Ecuaciones algebraicas
Muchos problemas matemáticos que se encuentran en química son de las siguientes formas al-
gebraicas. Las soluciones a estos problemas se simpli can aislando primero el término deseado
en un lado de la ecuación. Este reordenamiento se logra tratando ambos lados de la ecuación de
manera idéntica hasta que se aísle el término deseado.
(a) a = _b_
c
Para despejar b, multiplique ambos lados de la ecuación por c :
a × c = _b_ × c
c
b=a×c
c:
Para despejar c, multiplique ambos lados de la ecuación por __
a
a × __c = _b_ × __
c
a c a
c = _b_
a
(b) _a_ = __
c
b d
Para despejar a, multiplique ambos lados de la ecuación por b:
_a_ × b = __
c ×b
b d
c×b
a = _____
d
b × d:
Para despejar b, multiplique ambos lados de la ecuación por _____
c
b × d = __
_a_ × _____ b×d
c × _____
b c d c
a×d=b
_____
c
(c) a × b = c × d
Para despejar a, divida ambos lados de la ecuación entre b:
a × b = _____
_____ c×d
b b
a= c ×
_____d
b
b−c=d
(d) _____
a
Para despejar b, primero multiplique ambos lados de la ecuación por a:
a(b − c) = d × a
_______
a
b−c=d×a
APÉNDICE 1 Revisión de matemáticas 553
32 = 3 × 3 = 9
3 4 = 3 × 3 × 3 × 3 = 81
10 3 = 10 × 10 × 10 = 1000
Para facilitar el manejo, los números grandes y pequeños se expresan en potencias de 10. Las
potencias de 10 se usan porque multiplicar o dividir por 10 coincide con mover el punto decimal
de un número un lugar. Así pues, un número multiplicado por 101 movería el punto decimal un
lugar a la derecha; 102, dos lugares a la derecha; 10 2, dos lugares a la izquierda. Para expresar
un número en potencias de 10, movemos el punto decimal del número original a una nueva posi-
ción, colocándolo de manera que el número sea un valor entre 1 y 10. Este nuevo número decimal
se multiplica por 10 elevado a la potencia adecuada. Por ejemplo, para escribir el número 42 389 en
forma exponencial, se coloca el punto decimal entre el 4 y el 2(4.2389), y se multiplica el número
por 104; por lo tanto, el número es 4.2389 × 104:
El exponente de 10(4) nos dice el número de lugares que el punto decimal se ha movido de su posi-
ción original. Si el punto decimal se mueve hacia la izquierda, el exponente es un número positivo;
si se mueve a la derecha, el exponente es un número negativo. Para expresar el número 0.00248 en
notación exponencial (como potencia de 10), el punto decimal se mueve tres lugares a la derecha;
el exponente de 10 es 3 y el número es 2.48 × 10 3.
Estudie los siguientes ejemplos de cómo cambiar un número a notación cientí ca.
1237 = 1.237 × 10 3
988 = 9.88 × 10 2
147.2 = 1.472 × 10 2
2 200 000 = 2.2 × 10 6
0.0123 = 1.23 × 10 −2
0.00005 = 5 × 10 −5
0.000368 = 3.68 × 10 −4
10 2 × 10 3 = 10 (2+3) = 10 5
10 2 × 10 2 × 10 −1 = 10 (2+2−1) = 10 3
Multiplique: (40 000 )(4200)
Cambie a potencias de 10: (4 × 10 4)(4.2 × 10 3)
Reordene: (4 × 4.2)(10 4 × 10 3)
16.8 × 10 (4+3)
16.8 × 10 7 o 1.68 × 10 8 (Respuesta)
Multiplique: (380)(0.00020)
(3.80 × 10 2)(2.0 × 10 −4)
(3.80 × 2.0)(10 2 × 10 −4)
7.6 × 10 (2−4)
7.6 × 10 −2 o 0.076 (Respuesta)
Multiplique: (125)(284)(0.150)
(1.25 × 10 2)(2.84 × 10 2)(1.50 × 10 −1)
(1.25)(2.84)(1.50)(10 2 × 10 2 × 10 −1)
5.325 × 10 (2+2−1)
5.33 × 10 3 (Respuesta)
a) La respuesta solo contiene un dígito después del punto decimal, ya que 142.8 contiene solo
un dígito después del punto decimal.
b) La respuesta solo contiene un dígito después del punto decimal, ya que 18.0 contiene un
dígito después del punto decimal.
APÉNDICE 1 Revisión de matemáticas 555
Análisis dimensional
Muchos problemas de la química pueden resolverse fácilmente mediante el análisis dimensio-
nal utilizando el método de la etiqueta del factor o del factor de conversión. El análisis dimen-
sional involucra el uso de unidades apropiadas de dimensiones para todos los factores que se
multipliquen, dividan, sumen o resten al establecer y resolver un problema. Las dimensiones
son cantidades físicas como la longitud, la masa y el tiempo, que se expresan en unidades como
centímetros, gramos y segundos, respectivamente. Al resolver un problema, tratamos matemá-
ticamente estas unidades como si fueran números, lo que nos da una respuesta que contiene las
unidades dimensionales correctas.
Una medida o cantidad dada en un tipo de unidad se puede convertir a cualquier otro tipo
de unidad que tenga la misma dimensión. Para convertir de un tipo de unidad a otro, la cantidad
o medida original se multiplica o divide por un factor de conversión. La clave del éxito radica en
elegir el factor de conversión correcto. Este método general de cálculo se ilustra en los siguientes
ejemplos.
Supongamos que queremos cambiar 24 pies a pulgadas. Necesitamos multiplicar 24 pies
por un factor de conversión que contenga pies y pulgadas. Dos de estos factores de conversión
se pueden escribir relacionando pulgadas con pies:
12 in.
_____ 1 ft
_____
o
1 ft 12 in.
Elegimos el factor que matemáticamente cancela pies y dejamos la respuesta en pulgadas. Ob-
serve que las unidades se tratan de la misma manera que tratamos los números, multiplicando
o dividiendo según sea necesario. Surgen entonces dos posibilidades para convertir 24 pies a
pulgadas:
( ft) _____ ( ) _____
( 1 ) o ( )
En el primer caso (el método correcto), los pies en el numerador y el denominador se cancelan,
dándonos una respuesta de 288 pulgadas. En el segundo caso, las unidades de la respuesta son
ft2/in., siendo la respuesta 2.0 ft2/in. En el primer caso, la respuesta es razonable, porque está
expresada en unidades que tienen las dimensiones adecuadas. Es decir, la dimensión de la lon-
gitud expresada en pies se ha convertido a longitud en pulgadas según la expresión matemática
in. = in.
ft × ___
ft
En el segundo caso, la respuesta no es razonable, porque las unidades (ft2/in.) no corres-
ponden a unidades de longitud. Por lo tanto, la respuesta es incorrecta. Las unidades son el
factor decisivo para la conversión correcta.
La razón por la que podemos multiplicar 24 pies por 12 in./ft y no cambiar el valor de la
medida es que el factor de conversión se deriva de dos cantidades equivalentes. Por lo tanto, el
factor de conversión de 12 in./ft es igual a la unidad. Cuando se multiplica cualquier factor por
1, no cambia el valor:
y _____ = 1
556 APÉNDICE 1 Revisión de matemáticas
porque los datos de una variable se representan en el eje horizontal o x (abscisas) y los datos de
eje y
°C °F 275
0 32 250
50 122
225
100 212
Temperatura en grados Fahrenheit (°F)
200
175
150
125
100
75
50
25
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
FIGURA I.2 Temperatura en grados Celsius (°C)
APÉNDICE 1 Revisión de matemáticas 557
se gra can de la misma manera. (Nota: el número de grados por división de escala se eligió para
dar una grá ca de tamaño conveniente. En este caso, hay 5 grados Fahrenheit por división de
escala y 2 grados Celsius por división de escala.)
La grá ca de la gura I.2 muestra que la relación entre la temperatura Celsius y Fahrenheit
es la de una línea recta. La temperatura Fahrenheit correspondiente a cualquier temperatura
Celsius dada entre 0 y 100° se puede determinar a partir de la grá ca. Por ejemplo, para encon-
trar la temperatura en grados Fahrenheit correspondiente a 40°C, trace una línea perpendicular
desde 40°C en el eje x hasta la línea trazada en la grá ca. Ahora trace una línea horizontal desde
este punto en la línea trazada hasta el eje y, y lea la temperatura Fahrenheit correspondiente
(104°F). Vea las líneas discontinuas de la gura I.2. A su vez, la temperatura en grados Cel-
sius correspondiente a cualquier temperatura en grados Fahrenheit entre 32° y 212° se puede
determinar a partir de la grá ca trazando una línea horizontal desde la temperatura en grados
Fahrenheit hasta la línea trazada y leyendo la temperatura correspondiente en la escala Celsius
directamente debajo del punto de intersección.
La relación matemática de las temperaturas en grados Fahrenheit y Celsius se expresa
mediante la ecuación °F = (1.8 × °C) + 32. La gura I.2 es una grá ca de esta ecuación. Debido
a que la grá ca es una línea recta, se puede extender inde nidamente en cualquier extremo.
Cualquier temperatura Celsius deseada puede gra carse contra la temperatura Fahrenheit co-
rrespondiente extendiendo las escalas a lo largo de ambos ejes según sea necesario.
La ʐʒgura I.3 es una grá ca que muestra la solubilidad del clorato de potasio en agua a
varias temperaturas. La curva de solubilidad de esta grá ca se trazó a partir de los datos de la
tabla junto a la grá ca.
En contraste con la relación de temperatura Celsius-Fahrenheit, no existe una ecuación ma-
temática simple que describa la relación exacta entre la temperatura y la solubilidad del clorato de
potasio. La grá ca de la gura I.3 se construyó a partir de solubilidades determinadas experimen-
talmente a las seis temperaturas que se muestran. Estas solubilidades determinadas experimental-
mente están todas ubicadas en la curva suave trazada por la porción de línea continua de la grá ca.
Por lo tanto, estamos seguros de que la línea continua representa una muy buena aproximación a los
datos de solubilidad del clorato de potasio en el rango de temperatura de 10 a 80°C. Todos los puntos
Solubilidad
60 Temperatura (g de KClO3/
Solubilidad de clorato de potasio en agua (°C) 100 g de agua)
55 10 5.0
20 7.4
50
30 10.5
Gramos de KClO3/100 g de H2O
45 50 19.3
60 24.5
40
80 38.5
35
30
25
20
15
10
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Temperatura (°C) FIGURA I.3
558 APÉNDICE 1 Revisión de matemáticas
Unidades de medida
Constantes físicas
Constante Símbolo Valor
Unidad de masa atómica uma 27
1.6606 × 10 kg
Número de Avogadro N 6.022 × 1023 partículas/mol
Constante del gas ideal R (en TPE) 0.08205 L atm/K mol
Masa de un electrón 28
me 9.109 × 10 g
4
5.486 × 10 uma
Masa de un neutrón 27
mn 1.675 × 10 kg
1.00866 uma
Masa de un protón 27
mp 1.673 × 10 kg
1.00728 uma
Velocidad de la luz c 2.997925 × 108 m/s
559
560 APÉNDICE 2 Unidades de medida
Volumen Temperatura
3 Unidad del SI: kelvin (K)
Unidad del SI: metro cúbico (m )
3 3
1 litro = 10 m 0 K = −273.15°C
= 1 dm3 = −459.67°F
K = °C + 273.15
= 1.0567 cuartos °F − 32
°C = ______
= 1000 milímetros 1.8
1 galón = 4 cuartos °F = 1.8(°C) + 32
= 8 pintas °C = _5_ (°F − 32)
9
= 3.785 litros
1 cuarto = 32 onzas de uido
= 0.946 litros
1 onza de uido = 29.6 milímetros
Energía Presión
Unidad del SI: joule (J) Unidad del SI: pascal (Pa)
1 joule = 1 kg m2/s2 1 pascal = 1 kg/m s2
= 0.23901 calorías 1 atmósfera = 101.325 kilopascales
1 caloría = 4.184 joules = 760 torr (mm Hg)
= 14.70 libras por pulgada
cuadrada (psi)
APÉNDICE 3
Presión Presión
Temperatura de vapor Temperatura de vapor
(°C) (torr) (°C) (torr)
0 4.6 26 25.2
5 6.5 27 26.7
10 9.2 28 28.3
15 12.8 29 30.0
16 13.6 30 31.8
17 14.5 40 55.3
18 15.5 50 92.5
19 16.5 60 149.4
20 17.5 70 233.7
21 18.6 80 355.1
22 19.8 90 525.8
23 21.2 100 760.0
24 22.4 110 1074.6
25 23.8
561
APÉNDICE 4
Tabla de solubilidad
F− CI − Br − I− O 2− S 2− OH − NO −
3 CO 2−
3 SO 2−
4 C 2H 3O −
2
H+ ac ac ac ac ac sl.ac ac ac sl.ac ac ac
Na + ac ac ac ac ac ac ac ac ac ac ac
+
K ac ac ac ac ac ac ac ac ac ac ac
NH +
4 ac ac ac ac — ac ac ac ac ac ac
Ag + ac I I I I I — ac I I I
2+
Mg I ac ac ac I d I ac I ac ac
2+
Ca I ac ac ac I d I ac I I ac
Ba 2+ I ac ac ac sl.ac d sl.ac ac I I ac
2+
Fe sl.ac ac ac ac I I I ac sl.ac ac ac
Fe 3+ I ac ac — I I I ac I ac I
2+
Co ac ac ac ac I I I ac I ac ac
2+
Ni sl.ac ac ac ac I I I ac I ac ac
Cu 2+ sl.ac ac ac — I I I ac I ac ac
2+
Zn sl.ac ac ac ac I I I ac I ac ac
Hg 2+ d ac I I I I I ac I d ac
2+
Cd sl.ac ac ac ac I I I ac I ac ac
2+
Sn ac ac ac sl.ac I I I ac I ac ac
Pb 2+ I I I I I I I ac I I ac
2+
Mn sl.ac ac ac ac I I I ac I ac ac
3+
Al I ac ac ac I d I ac — ac ac
Claves: ac = soluble en agua
sl.ac = poco soluble en agua
I = insoluble en agua (menos de 1 g/100 g de H2O)
d = se descompone en agua
562
Tabla periódica de los elementos Gases
Grupo nobles
1 – ACS (Sociedad Norteamericana de Química) e IUPAC actuales 18
1A Preferidos de Estados Unidos 8A
Las masas atómicas se basan en el
1 Número atómico 11 carbono-12. Los elementos 2
1 H Símbolo Na marcados con † no tienen isótopos He
Hidrógeno 2 Nombre estables. La masa atómica dada es Helio
Sodio 13 14 15 16 17
1.008 2A Masa atómica 22.99 la del isótopo con la mayor vida 3A 4A 5A 6A 7A 4.003
media conocida.
3 4 5 6 7 8 9 10
2 Li Be Para uso práctico, las masas atómicas se B C N O F Ne
Litio Berilio Boro Carbono Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
6.941 9.012 redondearon a cuatro cifras significativas. 10.81 12.01 14.01 16.00 19.00 20.18
11 12 Elementos de transición 13 14 15 16 17 18
3 Na Mg 8 9 10 Al Si P S Cl Ar
Sodio Magnesio 8B Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
3 4 5 6 7 11 12
22.99 24.31 3B 4B 5B 6B 7B 1B 2B 26.98 28.09 30.97 32.07 35.45 39.95
Periodo
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Kriptón
39.10 40.08 44.96 47.87 50.94 52.00 54.94 55.85 58.93 58.69 63.55 65.39 69.72 72.61 74.92 78.96 79.90 83.80
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Rubidio Estroncio Itrio Zirconio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
85.47 87.62 88.91 91.22 92.91 95.94 98.00† 101.1 102.9 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 126.9 131.3
55 56 57 * 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
6 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Cesio Bario Lantano Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio Talio Plomo Bismuto Polonio Astatino Radón
132.9 137.3 138.9 178.5 180.9 183.8 186.2 190.2 192.2 195.1 197.0 200.6 204.4 207.2 209.0 209† 210† 222†
87 88 89 * 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
*
7 Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Francio Radio Actinio Rutherfordio Dubnio Seaborgio Bohrio Hasio Meitnerio Darmstatio Roentgenio Copernicio Nihonio Flerovio Moscovio Livermorio Teneso Oganesón
223 † 226 † 227 † 261 †
262† 266† 264† 277† 268† 271† 272† 285† (284) 289† (288) 293† (294) (294)
los colores indican la ubicación de los electrones más externos orbitales s orbitales d orbitales p orbitales f
591
†Este elemento no tiene isótopos estables. La masa atómica dada es para el isótopo del elemento cuya vida media es más larga.
592 Tabla de masas atómicas de los elementos
(Titanoso) Sulfato SO 2−
4
Sulfuro S 2−
Manganeso(IV) Mn 4+
Sulfito SO 2−
Estaño(IV) Sn 4+ 3
Antimonio(V) Sb 5+ Fosfuro P 3−
5+ 5+ Fosfito PO 3−
Arsénico (V) As 3
594 Tabla de prefijos y valores numéricos para unidades del SI