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QUÍMICA GENERALQuinta edición

Kenneth W. WHITTENUniversity of Georgia, Athens

Raymond E. DAVISUniversity of Texas, Austin

M. Larry PECKTexas A&M University

Con la colaboración con ensayos de

Ronald A. DeLorenzoMiddle Georgia College

Traducción

Eduardo GAYOSO ANDRADEJosé Manuel VILA ABAD

Universidad de Santiago de Compostela

MADRID • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MÉXICONUEVA YORK • PANAMÁ • SAN JUAN • SANTAFÉ DE BOGOTÁ • SANTIAGO • SAO PAULO

AUCKLAND • HAMBURGO • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI • PARÍSSAN FRANCISCO • SIDNEY • SINGAPUR • ST. LOUIS • TOKIO • TORONTO

s

QUÍMICA GENERAL, quinta edición

No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamientoinformático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea elec-trónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previoy por escrito de los titulares del Copyright.

DERECHOS RESERVADOS (e 1998, respecto a la tercera edición en español, porMcGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE ESPAÑA, S. A. U.Edificio Valrealty, 1. a plantaBasauri, 1728023 Aravaca (Madrid)

Traducido de la quinta edición en inglés deGeneral ChemistryCopyright © MCMXCVI, by: Saunders Publishing Co.ISBN: 0-03-006188-1

ISBN: 84-481-1386-1Depósito legal: M. 33.793-1999

Editora: Concepción Fernández MadridCompuesto en Fernández Ciudad, S. L.I mpreso en Impresos y Revistas, S. A. (IMPRESA)Cubierta: Design Master Dima, S. L.

I MPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN

yo• y 6 J

TABLA INTERNACIONAL DE PESOS ATOMICOS

iI) ami ,

4w.^ 3 i

Basados en la masa atómica relativa del 12 C = 12.

Los siguientes valores se aplican a los elementos que existen en materiales de origen terrestre y a ciertoselementos artificiales.Los valores entre paréntesis son el número de masa del isótopo de semivida más larga.

Número Peso Número Peso Número PesoNombre Símbolo atómico atómico Nombre Símbolo atómico atómico Nombre Símbolo atómico atómico

Actinio`' • ` Ac 89 (227) Francio°` Fr 87 (223) Plutonio'.''. Pu 94 (244)Aluminio' Al 13 26,981539 Gadolinio8 Gd 64. 157,25 Polonio'.` Po 84 (209)Americio'.''. Am 95 (243) Galio Ga 31 69,723 Potasio K 19 39,0983Antimonio Sb 51 121,75 Germanio Ge 32 72,61 (Kalium)

(Stibium) Hafnio Hf 72 178,49 Praseodimio' Pr 59 140,90765Argón` 1 Ar 18 39,948 Helio8 He 2 4,002602 Promecio'•` Pm 61 (145)Arsénico' As 33 74,92159 Hidrógeno b• `•g H 1 1,00794 Protoactinio Pa 91 231,03588Astato d• ` At 85 (210) Hierro Fe 26 55,847 Radios• `• 8 Ra 88 (226)Azufre" S 16 32,066 Holmio Ho 67 164,93032 Radón'.''.' Rn 86 (222)Bario Ba 56 137,327 Indio In 49 114,82 Renio Re 75 186,207Berilio, Be 4 9,012182 Iridio Ir 77 192,22 Rodios Rh 45 102,90550Berkelio'. ` Bk 97 (247) Iterbio8 Yb 70 173,04 Rubidio8 Rb 37 85,4678Bismuto' Bi 83 208,98037 Itrio, Y 39 88,90585 Rutenio8 Ru 44 101,07Boro b• `•g B 5 10,811 Kriptón`•8 Kr 36 83,80 Samarios Sm 62 150,36Bromo Br 35 79,904 Lantano8 La 57 138,9055 Selenio Se 34 78,96Cadmio Cd 48 112,411 Lawrenciod ` Lr 103 (260) Silicio' Si 14 28,0855 ^t

Calcio8 Ca 20 40,078 Litio' c8

Li 3 6,941 Sodio Na 11 22,989768

Californio°•` Cf 98 (251) Lutecio8 Lu 71 174,967 (Natrium)aCarbono C 6 12,011 Magnesio Mg 12 24,3050 Talio TI 81 204,3833Cerio ti.g Ce 58 140,115 Manganesoa Mn 25 54,93805 Tantalio Ta 73 180,9479 jCesio' Cs 55 132,90543 Mendelevio'.''. Md 101 (258) Tecnecio'.''. Tc 43 (98)Cinc Zn 30 65,39 Mercurio Hg 80 200,59 Teluro8 Te 52 127,60Cloro Cl 17 35,4527 Molibdeno Mo 42 95,94 Terbio' Tb 65 158,92534Cobalto' Co 27 58,93320 Neodimio8 Nd 60 144,24 Titanio Ti 22 47,88Cobre Cu 29 63,546 Neón`•" Ne 10 20,1797 Torio'•'•8 Th 90 232,0381Cromo Cr 24 51,9961 Neptunio°• ` Np 93 (237) Tulioa• b Tm 69 168,93421Curiob Cm 96 (247) Níquel Ni 28 58,69 Unnilhexio° Unh 106 (263)Disprosio`- 8 Dy 66 162,50 Niobio' Nb 41 92,90638 Unnilpentiod Unp 105 (262)Einstenio'.'•` Es 99 (252) Nitrógenob•8 N 7 14,00674 Unnilquadiod Unq 104 (261)Erbio8 Er 68 167,26 Nobelio'.''. No 102 (259) Unnilseptio`' Uns 107 (262)Escandio' Sc 21 44,955910 Oro' Au 79 196,96654 Uranio` •f 8 U 92 238,0289Estaños Sn 50 118,710 Osmiog Os 76 190,2 Vanadio V 23 50,9415Estroncio' • F Sr 38 87,62 Oxígenob• g 0 8 15,9994 Wolframio W 74 183,85

Europiog Eu 63 151,965 Paladio8 Pd 46 106,42 Xenón'• `• B Xe 54 131,29

Fermio'.` Fm 100 (257) Plata' Ag 47 107,8682 Yodos I 53 126,90447

Flúor' F 9 18,9984032 Platino Pt 78 195,08 Zirconio8 Zr 40 91,224

Fósforo" P 15 30,973762 Plomo"• g Pb 82 207,2

'Elemento con un solo núclido estable.bElemento para el que la conocida variación de su abundancia isotópica en las muestras terrestres limita la precisión del peso atómico dado.`Elemento para el que se advierte de la posibilidad de grandes variaciones en el peso atómico debido a la separación artificial inadvertida

o no revelada en los materiales disponibles comercialmente.d Elemento que no tiene núclidos estables.`Elemento radiactivo que carece de una composición isotópica terrestre característica.'Un elemento, sin núclido(s) estable(s), que exhibe un margen de composiciones terrestres características de radionúclido(s) de vida larga tal

que puede darse un peso atómico significativo.-'En algunos especímenes geológicos este elemento tiene una composición isotópica anómala, correspondiendo a un peso atómico bastante

diferente del dado.

En memoria de Kenneth Durwood Gailey

2

Al profesor

Q

uímica General quinta edición, está escrita para utilizar en el cursointroductorio de Química para estudiantes de Química, Biología,

Geología, Física, Ingeniería y áreas relacionadas. Aunque se supone algunabase de Ciencias previa del Bachillerato, no se necesita un conocimientoespecífico de temas químicos. Estos libros son presentaciones completas delos fundamentos de la Química. El objeto es comunicar a los alumnos losaspectos dinámicos y cambiantes de la Química en el mundo moderno.

CAMBIOS EN LA QUINTA EDICIÓN

Al revisar Química General hemos incorporado muchas sugerencias útilesrecibidas de profesores que utilizaron las ediciones anteriores. La quintaedición es un 15 % más pequeña que la cuarta porque hemos intentado,siguiendo las sugerencias de los que la han revisado, eliminar algúnmaterial y condensar ciertos capítulos.

El cambio más grande en esta edición es la incorporación del nuevocoautor Larry Peck, de la Texas A&M University. Larry Peck trae muchasideas nuevas y una visión fresca para este afortunado texto. Él ha sidoquien ha reorganizado el material para dar una mayor fluidez a los temasy ha añadido muchas explicaciones claras y ejemplos. La filosofía de LarryPeck sobre la enseñanza de la Química es similar a la de los otros auto-res, así que se mantienen la integridad de la presentación clásica y el estiloclaro.

Este texto proporciona a los estudiantes la comprensión de los concep-tos fundamentales de la Química; su capacidad para resolver los problemasse basa en esta comprensión. Nuestra meta en esta revisión es proporcionara los estudiantes la mejor herramienta posible para aprender Química,añadiendo aspectos que refuercen su comprensión de los conceptos y lesguíen a través de los aspectos más desafiantes del aprendizaje de la Quí-mica. He aquí algunos de estos nuevos aspectos:

• Sugerencias para resolver problemas: aparecen en casi todos los capítulos;estos relevantes consejos útiles muestran a los estudiantes cómo evitarerrores y fallos comunes, y guiarles a través de las áreas más complicadas.Estas sugerencias están basadas en las experiencias de los autores y enla sensibilidad a las dificultades que afrontan los estudiantes.

• Ejercicios de «Consolida tus conocimientos »: ésta es una nueva categoríade cuestiones al final de capítulo que pide a los estudiantes aplicarconocimientos que se han aprendido en los capítulos previos al presente.Estas cuestiones ayudan a los estudiantes a retener información previa-mente aprendida y a mostrarles que la Química es una ciencia integrada.

• Se han añadido títulos a los Ejemplos para que el estudiante vea másclaramente qué está explicando el Ejemplo. Esto también es útil pararepasos previos a exámenes.

• Glosario, que se ha añadido al índice, de manera que los estudiantespueden buscar un término al final del libro, así como en las Palabrasclave al final de los capítulos.

ix

X Al profesor

Apartados «Química aplicada»: esta útil innovación con respecto a laedición anterior se ha mejorado de varias formas: hay numerosos nuevosapartados (muchos de Ronald A. DeLorenzo, del Middle Georgia Colle-ge) que proporcionan una información interesante y describen aplicacio-nes relevantes de la Química. Los apartados han sido divididos en lassiguientes categorías, cada una con su propio icono, para mostrar porqué son importantes los temas:

El medio El desarrolloambiente de la Ciencia

y yInvestigación

Jy tecnología La vida diaria

Estos apartados ayudan a los estudiantes a comprender que la Químicano sólo son hechos y teoría, sino que también tiene aplicaciones moder-nas en el mundo que les rodea.

También hemos hecho cambios en el orden y la profundidad del tratamien-to, basándonos en los detallados comentarios de los que lo han revisado:

• Los aspectos principales de la composición atómica se resumen en unapresentación preliminar en la Sección 2.1. Esto le da a los estudiantesuna base más completa para la comprensión de las ideas básicas poste-riormente en el capítulo. La estructura atómica se discute luego con másdetalle en el Capítulo 5.

• En la Sección 2.4 se proporciona una nueva introducción breve de lanomenclatura de los compuestos, para los profesores que quieren intro-ducir pronto a sus estudiantes en este tema. La nomenclatura sistemáticainorgánica se presenta al final del Capítulo 4.

• El ajuste de ecuaciones de reacciones de oxidación-reducción se ha pa-sado del Capítulo 4 al Capítulo 11, donde los estudiantes ya están mejorpreparados para este desafiante tema.

• La Sección 16.5 (Uso de las ecuaciones de velocidad integradas paradeterminar el orden de reacción) se ha refundido en la sección Enrique-cimiento.

• El material descriptivo de los metales representativos y de transición seha condensado y combinado en un solo capítulo (Capítulo 23).

• Los tres capítulos previos sobre elementos no metálicos se han conden-sado y combinado en un capítulo (Capítulo 24).

• Los cationes que crean serios problemas de eliminación han sido elimi-nados de los capítulos de análisis. Se han sacado mercurio, plata, plomoy la mayor parte del cromo.

• Algunas discusiones sobre los equilibrios fónicos se han pasado alCapítulo 36.

ASPECTOS CLÁSICOS FIRMES

Hemos seguido empleando aspectos que fueron bien recibidos en las edi-ciones anteriores del texto:

• Al principio de cada capítulo se incluyen el Contenido y una lista deObjetivos. Esto permite a los estudiantes ojear el capítulo antes de leerlo.

Al profesor Xi

• Las secciones Enriquecimiento proporcionan una mayor penetración entemas seleccionados para los estudiantes mejor preparados, pero puedenomitirse fácilmente sin pérdida de continuidad. Las secciones de Enri-quecimiento están marcadas con un icono especial

• Las Palabras clave en el texto se muestran en negrita y se definen al finalde cada capítulo, reforzando inmediatamente la terminología y los con-ceptos.

• Los Ejercicios de final de capítulo se han examinado y revisado cuida-dosamente: más de la mitad de los problemas son nuevos o modificados.Todos los Ejercicios has sido cuidadosamente revisados para comprobarsu exactitud.

• Una nota al final de la mayor parte de los Ejemplos, «Ahora debe hacerseel Ejercicio X», anima a los estudiantes a practicar los Ejercicios de finalde capítulo apropiados y conecta más estrechamente los Ejemplos ilus-trativos con los Ejercicios relacionados, reforzando, por tanto, los con-ceptos. Cada Ejemplo contiene también un Planteamiento que explica lalógica usada para resolver el problema.

• Las Notas al margen se usan para señalar hechos históricos, suministrarinformación adicional, subrayar más algunos puntos importantes, rela-cionar la información con ideas desarrolladas antes y hacer notar laimportancia de las discusiones.

• Las Figuras han sido rehechas cuando ha sido necesario para mejorar laapariencia y claridad, y se han añadido muchas fotografías nuevas queilustran puntos importantes y proporcionan interés visual.

También hemos continuado usando muchas ideas y filosofías docentesdesarrolladas a lo largo de las cinco ediciones de este texto:

Hemos tenido en cuenta que la Química es una ciencia experimental yhemos subrayado el papel importante de la teoría en la ciencia. Hemospresentado muchos de los experimentos clásicos seguidos por interpreta-ciones y explicaciones de estos hitos en el desarrollo del pensamientocientífico.

Hemos definido cada término nuevo tan correctamente como ha sidoposible y hemos ilustrado su significado tan pronto como ha sido prác-tico. Empezamos cada capítulo a un nivel muy básico, que progresa poretapas cuidadosamente graduadas hasta un razonable nivel de sofistifica-ción. A lo largo del texto se proporcionan numerosos Ejemplos ilustrativosy se conectan con los Ejercicios del final del capítulo. Los primerosEjemplos de cada sección son muy sencillos y los últimos considerable-mente más complicados. Se ha subrayado el método del factor unidaddonde es apropiado.

Hemos usado una mezcla de unidades SI y métricas, más tradicionales,porque muchos estudiantes planifican la licenciatura en áreas en las quelas unidades SI todavía no se usan ampliamente. Las áreas de la salud,las ciencias biológicas, los textiles y la agricultura son ejemplos típicos.En casi todos los cálculos de energías hemos usado el julio, mejor que lacaloría.

ORGANIZACIÓN

En Química General hay 28 capítulos que se organizan de la siguientemanera.

Xii Al profesor

Presentamos la estequiometría (Capítulos 2 y 3) antes de la estructuraatómica y el enlace (Capítulos 5-9) para establecer una base sólida para unprograma de laboratorio tan pronto como sea posible. Estos capítulos sonvirtualmente suficientes para proporcionar flexibilidad a aquéllos que quie-ren estudiar estructura y enlace antes de la estequiometría.

Puesto que gran parte de la Química implica reacciones químicas,hemos introducido las reacciones químicas muy pronto en el texto, de unaforma simplificada y sistemática (Capítulo 4). Se incluye una introducciónlógica y ordenada a las ecuaciones de unidad fórmula, iónica total e fónicaneta, así que esta información puede usarse en el resto del texto. En estecapítulo también se presentan las reglas de solubilidad, de modo que losestudiantes pueden usarlas al escribir ecuaciones químicas en su trabajo delaboratorio. Finalmente, la nomenclatura de compuestos inorgánicos se hapasado al Capítulo 4 para exponer antes a los estudiantes a este tema.

Muchos estudiantes tienen dificultades para sistematizar y usar la in-formación, así que hemos hecho todo lo posible por ayudarles. En muchospuntos a lo largo del texto resumimos los resultados de discusiones oejemplos ilustrativos recientes en forma tabular para ayudar a los estudian-tes a ver el «gran cuadro». Las ideas básicas sobre la periodicidad químicase introducen pronto (Capítulos 4 y 6) y se usan a través de todo el texto.La clasificación simplificada de ácidos y bases introducida en el Capítulo4 se amplía en el Capítulo 10: ácidos, bases y sales, después de tener la baseapropiada de estructura y enlace.

A través del texto se hacen referencias a la clasificación de ácidos ybases y a las reglas de solubilidad para resaltar la importancia de lasistematización y del uso de información cubierta previamente.

El Capítulo 11 cubre la estequiometría de disolución tanto para reac-ciones ácido-base como redox.

Después de una excursión por los gases y la Teoría cinético-molecular(Capítulo 12), líquidos y sólidos (Capítulo 13) y disoluciones (Capítu-lo 14), los estudiantes tienen la base apropiada para una amplia variedadde experimentos de laboratorio.

Se presentan capítulos extensos sobre Termodinámica química (Capítu-lo 15) y Cinética química (Capítulo 16). Se discute con claridad la distinciónentre los papeles de las variaciones de la energía libre de Gibbs normal yno normal en la predicción de la espontaneidad de la reacción. El Capítulo16, Cinética química, proporciona un énfasis temprano y consistente sobrela base experimental de la cinética.

Estos capítulos proporcionan la base necesaria para una buena intro-ducción en el Equilibrio químico en el Capítulo 17. A éste siguen trescapítulos sobre Equilibrios en disoluciones acuosas. Un capítulo sobreElectroquímica (Capítulo 21) completa el núcleo común del texto, conexcepción de la Química nuclear (Capítulo 26), que es independiente ypuede estudiarse en cualquier lugar del curso.

Sigue un grupo de capítulos básicamente descriptivos. En la quintaedición hemos condensado esta sección del libro. El Capítulo 22, Meta-les I: metalurgia, y el Capítulo 23, Metales II: propiedades y reacciones, dauna amplia cobertura a la química de los metales. El Capítulo 24 cubreAlgunos no metales, y el Capítulo 25, Compuestos de coordinación, es unaintroducción sólida a ese campo. A través de estos capítulos hemos tenidocuidado en incluir, para explicar la química descriptiva, aplicaciones apro-piadas de los principios que han sido desarrollados en la primera parte deltexto.

La Química orgánica se cubre en detalle en los Capítulos 27 y 28. ElCapítulo 27 (Química orgánica I: compuestos) presenta las clases de com-puestos, sus estructuras y la nomenclatura, con un mayor énfasis en los

ir

Al profesor Xiii

principales grupos funcionales. El Capítulo 28 (Química orgánica II: geo-metría molecular y reacciones) es una discusión altamente estructurada,concisa y bien ilustrada de las geometrías de las moléculas orgánicas, lastres clases fundamentales de reacciones orgánicas y algunas reacciones degrupos funcionales clave. Este material proporciona una amplia visióngeneral para los estudiantes que no sigan un curso de Química orgánica.También proporciona, a aquéllos que estudiarán Química orgánica, laintroducción a importantes conceptos.

UNA PRESENTACIÓN FLEXIBLE

Hemos hecho un gran esfuerzo para hacer la presentación tan flexible comosea posible, para dar a los profesores la libertad de elegir el orden en queexplican los temas. Algunos ejemplos son:

1. Hemos delineado claramente las partes del Capítulo 15, Termodinámi-ca química, que puede pasarse más adelante si se quiere cubrir laTermoquímica (Secciones 15.1 a 15.8) después de la Estequiometría(Capítulos 2 y 3).

2. El Capítulo 4 (Algunos tipos de reacciones químicas) se basa en la tablaperiódica e introduce las reacciones químicas justamente después de laEstequiometría. Las reacciones se clasifican en: a) de precipitación,b) ácido-base, c) de desplazamiento o d) reacciones de oxidación-reduc-ción. El Capítulo 4 puede pasarse a otras posiciones posteriores deltexto, por ejemplo, después de estructura y enlace, para aquéllos queprefieran este orden.

3. Algunos profesores prefieren discutir los gases (Capítulo 12) después dela Estequiometría (Capítulos 2 y 3). El Capítulo 12 puede pasarse a esaposición.

4. El Capítulo 5 (La estructura de los átomos), el Capítulo 6 (Periodicidadquímica) y el Capítulo 7 (Enlace químico) proporcionan una coberturaextensa de estos temas clave.

5. Como en ediciones anteriores, La estructura molecular y teorías delenlace covalente (Capítulo 8) incluye extensas descripciones paralelasde TRPECV y EV de moléculas sencillas. Este esquema ha sido am-pliamente aceptado. Sin embargo, algunos profesores prefieren separarlas presentaciones de estas teorías del enlace covalente. El capítulo hasido cuidadosamente organizado en subdivisiones numeradas para aco-modarse a estos profesores; al principio del capítulo se incluyen suge-rencias detalladas.

6. El Capítulo 9 (Orbitales moleculares en el enlace químico) es un«capítulo solitario», que puede omitirse o trasladarse sin que se pierdacontinuidad.

7. El Capítulo 10 (Reacciones en disoluciones acuosas I: ácidos, bases ysales) y el Capítulo 11 (Reacciones en disoluciones acuosas II: cálculos)incluyen discusiones extensas de reacciones ácido-base y redox en di-soluciones acuosas, y cálculos de estequiometría de disoluciones parareacciones ácido-base y redox.

JPB

Agradecimientos

La lista de las personas que han contribuido a la evolución de este libroes realmente larga. En primer lugar nos gustaría expresar nuestro

aprecio a los profesores que tanto contribuyeron a nuestra educacióncientífica: los profesores Arnold Gilbert, M. L. Bryant, los finados W. N.Pirkle y Alta Sproull, C. N. Jones, S. F. Clark, R. S. Drago (KWW); losfinados Dorothy Vaughn, David Harker y Calvin Vanderwerf, los Profe-sores Ralph N. Adams, F. S. Rowland, A. Tulinsky y Wm. von E. Doering(RED); los Profesores R. O'Connor, G. L. Baker, W. B. Cook, G. J. Hunt,A. E. Martell y M. Passer (MLP).

El personal de Saunders College Publishing ha contribuido inconmen-surablemente a la evolución de este libro. Nuestra editora de desarrollo,Jennifer Bortel, tiene una gran energía, fértil imaginación y sabiduríabastante más allá de sus años. Ella nos ha proporcionado más ayuda dela que nunca podamos agradecer. Con ingenio, persistencia y paciencia,nuestro investigador de fotografías, Dena Digilio-Betz, ha reunido mu-chas fotografías excelentes. Anne Muldrow y Joan Wendt nos han pro-porcionado un diseño y un trabajo artístico de alta calidad que contri-buye a la apariencia y a la sustancia del libro. Adicionalmente, hemosutilizado el excelente trabajo artístico de otros textos de Saunders. Connotable buen ánimo, nuestra editora de proyecto, Beth Ahrens, ha tratadoinnumerables detalles con habilidad, perspicacia e imaginación. Su agu-deza para el detalle ha mejorado la consistencia y nos ha ahorradomuchos aprietos. Queremos expresar nuestro continuo y profundo apre-cio a nuestro editor y amigo, John Vondeling, el mejor editor del negocio.John nos ha guiado en cada etapa en el desarrollo de cada edición deestos libros, y nuestro respeto y admiración por él han crecido al paso decada día.

Nuestra secretaria, Martha Dove, ha sido paciente y habilidosa a lolargo de las muchas revisiones. Nosotros estamos verdaderamente agrade-cidos por su paciencia, su habilidad y su dedicación. Jim Morgenthaler(Athens), Charles Steele (Austin) y Charles D. Winters (Oneonta) hicieronla fotografía original. Les agradecemos la tremenda contribución que suentusiasmo y sus muchas horas de paciente trabajo y experiencia profesio-nal han traído a estas ediciones.

Estamos agradecidos al Profesor Gary F. Riley, del St. Louis College ofPharmacy, quien ha realizado de nuevo todos los Ejercicios de final decapítulo. Sólo los autores aprecian la magnitud de esta importante contri-bución.

El Profesor Donald C. Kleinfelter, de la Universidad de Tennessee, enKnoxville, ha hecho una importante contribución a esta edición con unalectura crítica del manuscrito final.

Larry Brown, en la Texas A&M University, ayudó tremendamente enla recopilación de errores en las galeradas y páginas de prueba. Su agudezaha ayudado a crear un texto tan libre de errores como es posible.

También nos gustaría agradecer a Ronald DeLorenzo, del MiddleGeorgia College, la escritura de los apartados escogidos «QuímicaAplicada» que aparecen a lo largo del texto. Los escritos del ProfesorDeLorenzo han proporcionado mucho interés, visión y humor a nuestrotexto.

Finalmente, estamos profundamente reconocidos a nuestras familias.Betty, Andy y Kathryn Whitten; Sharon, Angela y Brian Davis y Laura

xv

Xvi Agradecimientos

Kane, y Sandy Peck, Molly Levine y Marci Culp. Nos han soportadodurante los muchos años que hemos trabajado en este proyecto. Su com-prensión, estímulo y apoyo moral nos han «mantenidos activos».

REVISORES DE LA QUINTA EDICIÓN

Las siguientes personas han revisado los manuscritos de la quinta ediciónde Química General y Química General con Análisis Cualitativo; algunostambién hicieron detallados comentarios en ediciones anteriores. Sus suge-rencias han mejorado los textos de forma significativa.

Major Charles Bass, United States Military AcademyJames R. Blanton, The CitadelJoseph Branch, Central Alabama Community CollegeMark Cracolice, University of MontanaJulian Davies, University of ToledoHarry Eick, Michigan State UniversityDale Ensor, Tennessee Technological UniversityMark Freilich, Memphis State UniversityBruce Hoffman, Lewis and Clark CollegeStephen W. John, Lane Community CollegeAndrew Jorgensen, University of ToledoMargaret Kastner, Bucknell UniversityBob Kowerski, College of San MateoCharles Kriley, Purdue University, CalumetLarry Krannich, University of Alabama at BirminghamRobert Lamb, Ohio Northern UniversityRamón López de la Vega, Florida International UniversityWilliam E. McMullen, Texas A&M UniversityDeborah Nycz, Broward Community CollegeRichard A. Pierce, Jefferson CollegeRoland R. Roskos, University of Wisconsin, La CrosseMary Jane Schultz, Tufts UniversityHenry Tracy, University of Southern MaineVictor Viola, Indiana UniversityWendy S. Wolbach, Illinois Wesleyan UniversityKevin L. Wolf, Texas A&M UniversityJames Wood, Palm Beach Community College

REVISORES DE LAS CUATRO PRIMERAS EDICIONESDE QUÍMICA GENERAL

Edwin Abbott, Montana State UniversityEd Acheson, Millikin UniversityDavid R. Adams, North Shore Community CollegeCarolyn AlbrechtSteven Albrecht, Ball State UniversityAle Arrington, South Dakota School of MinesGeorge Atkinson, Syracuse UniversityJerry Atwood, University of AlabamaWilliam G. Bailey, Broward Community CollegeJ. M. Bellama, University of MarylandCarl B. Bishop, Clemson UniversityMuriel B. Bishop, Clemson UniversityGeorge Bodner, Purdue University

"^^ ^ Tac -, -,

Agradecimientos xvii

Greg Brewer, The CitadelClark Bricker, University of KansasRobert Broman, University of MissouriRobert F. Bryan, University of VirginiaL. A. Burns, St. Clair Country Community CollegeJames Carr, University of Nebraska, LincolnElaine Carter, Los Angeles City CollegeThomas Cassen, University of North CarolinaEvelyn A. Clarke, Community College of PhiladelphiaLawrence Conroy, University of MinnesotaJohn M. DeKorte, Northern Arizona UniversityGeorge Eastland, Jr., Saginaw Valley State UniversityLawrence Epstein, University of PittsburghSandra Etheridge, Gulf Coast Community CollegeDarrell Eyman, University of IowaWade A. Freeman, University of Illinois, Chicago CircleRichard Gaver, San Jose State UniversityGary Gray, University of Alabama, BirminghamRobert Hanrahan, University of FloridaHenry Heikkinen, University of MarylandForrest C. Hentz, North Carolina State UniversityR. K. Hill, University of GeorgiaLarry Houck, Memphis State UniversityArthur Hufnagel, Erie Community College, North CampusWilbert Hutton, Iowa State UniversityAlbert Jache, Marquette UniversityWilliam Jensen, South Dakota State UniversityM. D. Joesten, Vanderbilt UniversityPhilip Kinsey, University of EvansvilleLeslie N. Kinsland, University of Southwestern LouisianaMarlene KolzJames Krueger, Oregon State UniversityNorman Kulevsky, University of North DakotaAlfred Lee, City College of San FranciscoPatricia Lee, Bakersf eld CollegeWilliam Litchman, University of New MexicoGilbert J. Mains, Oklahoma State UniversityRonald Marks, Indiana University of PennsylvaniaWilliam Masterton, University of ConnecticutClinton Medbery, The CitadelJoyce Miller, San Jacinto CollegeJoyce Neiburger, Purdue UniversityBarbara O'Brien, Texas A&M UniversityChristopher Ott, Assumption CollegeJames L. Pauley, Pittsburgh State UniversityWilliam Pietro, University of Wisconsin, MadisonRonald O. Ragsdale, University of UtahSusan Raynor, Rutgers UniversityRandal RemmelGary F. Riley, St. Louis College of PharmacyEugene Rochow, Harvard UniversityJohn Ruff, University of GeorgiaDon Roach, Miami Dade Community CollegeGeorge Schenk, Wayne State UniversityWilliam Scroggins, El Camino CollegeCurtis Sears, Georgia State UniversityDiane Sedney, George Washington University

xviii Agradecimientos

Mahesh Sharma, Columbus CollegeC. H. Stammer, University of GeorgiaYi-Noo Tang, Texas A&M UniversityMargaret Tierney, Prince George's Community CollegeJanice Turner, Augusta CollegeJames Valentini, University of California, IrvineDouglas VaughanW. H. Waggoner, University of GeorgiaSusan Weiner, West Valley CollegeDavid Winters, Tidewater Community ColegeSteve Zumdahl, University of Illinois

Kenneth W. WhittenRaymond E. DavisM. Larry Peck

Charles D. Winters

t

Al estudiante

Hemos escrito este texto para ayudarte cuando estudies Química. LaQuímica es una ciencia fundamental —algunos la llaman la ciencia

central—. Como tú y tus compañeros perseguís diferentes metas en vuestrascarreras, encontrarás que el vocabulario y las ideas presentadas en estetexto serán útiles en más lugares y en más formas de lo que ahora imaginas.

Empezamos con el vocabulario y las ideas más básicas. Luego desarro-llamos cuidadosamente ideas cada vez más sofisticadas que son necesarias yútiles en todas las demás ciencias físicas, ciencias biológicas y cienciasaplicadas, como la medicina, la odontología, la ingeniería, la agricultura yla economía doméstica.

Los primeros capítulos los hemos hecho tan completos como ha sidoposible. El material puede presentarse en el orden considerado más apro-piado por tu profesor. Algunos profesores tratarán los capítulos en ordendiferente u omitirán completamente algunos capítulos —el texto fue dise-ñado para acomodarse a esto.

Al principio de cada sección hemos intentado proporcionar las basesexperimentales de las ideas que desarrollamos. Por bases experimentalesqueremos decir las observaciones y experimentos sobre los fenómenos quehan sido más importantes en el desarrollo de los conceptos. Luego presen-tamos una explicación de las observaciones experimentales.

La Química es una ciencia experimental. Sabemos lo que sabemosporque hemos observado (literalmente miles de científicos) que es cierto. Sehan desarrollado teorías para explicar las observaciones experimentales(hechos). Las teorías con éxito explican completa y exactamente las obser-vaciones. Pero, lo que es más importante, nos permiten predecir los resul-tados de experimentos que todavía no se han realizado. Así que siempredeberemos tener presente el hecho de que el experimento y la teoría vande la mano. Son partes íntimamente relacionadas de nuestro intento decomprender y explicar los fenómenos naturales.

«¿Cuál es la mejor forma de estudiar la Química?» es una pregunta que noshacen a menudo nuestros estudiantes. Aunque no hay una respuesta sencillaa esta cuestión, pueden ser de ayuda las siguientes sugerencias. Tu profesor tepuede proporcionar sugerencias adicionales.

Los estudiantes a menudo menosprecian la importancia del hecho deescribir como herramienta para el aprendizaje. Cuando leas, no sólo sub-rayes pasajes del texto, sino también toma notas. Cuando hagas problemaso respondas cuestiones escribe tú mismo las explicaciones de por qué se hahecho cada etapa o cómo has razonado tu respuesta. Mantén una secciónespecial en tu cuaderno de notas para hacer problemas o contestar cues-tiones. El mismo hecho de escribir te fuerza a concentrarte más en lo queestás haciendo, y aprendes más. Esto es cierto aunque no vuelvas a revisarlo que has escrito antes. Por supuesto, estas notas también serán útiles alrepasar para un examen.

Deberías leer siempre el tema antes de que se trate en la clase. Estoayuda a reconocer las ideas cuando el profesor las discuta. Toma cui-dadosamente notas en clase. A la primera oportunidad, y desde luego elmismo día, debes recopiar tus notas de clase. Cuando hagas esto, completacon más detalles donde puedas. Prueba a trabajar los ejemplos ilustrativosque el profesor ha resuelto en clase, sin mirar la solución en tus notas.Si debes mirar la solución, mira sólo una línea (etapa), y luego tratade resolver la siguiente etapa. Lee de nuevo sobre el tema asignado y

xix

Xx Al estudiante

toma notas, integrándolas en tus notas de clase. La lectura debe ser muchomás informativa la segunda vez.

Repasa las «palabras clave» al final del capítulo para asegurarte quesabes el significado exacto de cada una. Haz los ejemplos ilustrativos deltexto mientras cubres las soluciones con una hoja de papel. Si encuentrasnecesario ver las soluciones, mira sólo una línea cada vez y trata de resolverla siguiente etapa. Al final de la mayoría de los ejemplos sugerimos cues-tiones relacionadas de los ejercicios de final de capítulo. Debes hacer estosejercicios sugeridos cuando llegues a ellos. Asegúrate de leer las Sugerenciaspara la solución de un problema; te ayudarán a evitar errores comunes ya comprender ideas más complicadas.

Una visión general del contenido

1 Los fundamentos de la Química 1

2 Fórmulas químicas y estequiometría de composición 40

3 Ecuaciones químicas y estequiometría de la reacción 80

4 Algunos tipos de reacciones químicas 112

5 La estructura de los átomos 154

6 Periodicidad química 207

7 Enlace químico 243

8 Estructura molecular y teorías del enlace covalente 274

9 Orbitales moleculares en el enlace químico 316

10 Reacciones en disoluciones acuosas I: ácidos, bases y sales 335

11 Reacciones en disoluciones acuosas II: cálculos 359

12 Gases y la teoría cinético-molecular 388

13 Líquidos y sólidos 439

14 Disoluciones 496

15 Termodinámica química 543

16 Cinética química 592

17 Equilibrio químico 644

18 Equilibrios iónicos I: ácidos y bases 683

19 Equilibrios jónicos II: hidrólisis y valoraciones 725

20 Equilibrios jónicos III: el principio del producto de

solubilidad 746

21 Electroquímica 768

22 Metales I: metalurgia 821

23 Metales II: propiedades y reacciones 840

24 Algunos no metales 863

25 Compuestos de coordinación 892

26 Química nuclear 922

27 Química orgánica I: compuestos 957

28 Química orgánica II: geometría molecular y reacciones 1011

xxi

Tabla de contenidos

1 Los fundamentos de la Química

1.1 Materia y energía 4Química aplicada. El desarrollo de la CienciaCiencia y método científico 51.2. Estados de la materia 71.3. Propiedades químicas y físicas 81.4. Cambios químicos y físicos 101.5. Mezclas, sustancias, compuestos y elementos 111.6. Mediciones en Química 151.7. Unidades de medida 161.8. Uso de los números 181.9. El método del factor unidad (análisis dimensional) 221.10. Porcentaje 261.11. Densidad y densidad relativa 27Química aplicada. La vida diaria¿Pueden ser los sólidos más ligeros que el aire? 301.12. Calor y temperatura 311.13. Transferencia de calor y medición del calor 33Palabras clave 35Ejercicios 36

Z Fórmulas químicas y estequiometría de composición 40

2.1. Átomos y moléculas 412.2. Fórmulas químicas 44Química aplicada. El desarrollo de la Ciencia¿Existen realmente los átomos y las moléculas? . 452.3. Iones y compuestos fónicos 482.4. Una introducción a la nomenclatura de los compuestos 492.5. Pesos atómicos 502.6. El mol 51Química aplicada. El desarrollo de la CienciaNúmero de Avogadro 542.7. Pesos fórmula, pesos moleculares y moles 562.8. Composición porcentual y fórmulas de compuestos 61Química aplicada. El desarrollo de la CienciaNombres de los elementos 622.9. Derivación de fórmulas a partir de la composición

elemental 642.10. Determinación de fórmulas moleculares 662.11. Algunas otras interpretaciones de las fórmulas químicas 702.12. Pureza de las muestras 73Palabras clave 75Ejercicios 75

xxiii

Charles Steele

XXiv Tabla de contenidos

3 Ecuaciones químicas y estequiometríade la reacción 80

3.1. Ecuaciones químicas 823.2. Cálculos basados en ecuaciones químicas 843.3. El concepto de reactante limitante 883.4. Porcentaje de rendimiento a partir de reacciones

químicas 913.5. Reacciones secuenciales 923.6. Concentraciones de disoluciones 943.7. Dilución de disoluciones 983.8. Uso de disoluciones en reacciones químicas 1003.9. Valoraciones 103Palabras clave 106Ejercicios 107

4 Algunos tipos de reacciones químicas 112

4.1. La tabla periódica: metales, no metales y metaloides 114Química aplicada. El desarrollo de la CienciaLa tabla periódica 1194.2. Disoluciones acuosas. Introducción 1204.3. Reacciones en disoluciones acuosas 1264.4. Reacciones de precipitación 1284.5. Reacciones ácido-base 1304.6. Estados de oxidación 1354.7. Reacciones de oxidación-reducción.

Introducción 1374.8. Reacciones de desplazamiento 139NO MENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS 143

4.9. Nomenclatura de compuestos binarios 1434.10. Nomenclatura de ácidos ternarios y sus sales 145Palabras clave 149Ejercicios 150

5 La estructura de los átomos 154

PARTÍCULAS SUBATÓMICAS 156

5.1. Partículas fundamentales 1565.2. El descubrimiento de los electrones 1575.3. Rayos canales y protones 1595.4. Rutherford y el átomo nuclear 1605.5. Número atómico 1625.6. Neutrones 1635.7. Número de masa e isótopos 1645.8. Espectrometría de masas y abundancia isotópica 1645.9. La escala de pesos atómicos y los pesos atómicos 167LAS ESTRUCT U RAS ELECTRÓNICAS DE LOS ÁTOMOS 169

5.10. Radiación electromagnética 1695.11. El efecto fotoeléctrico 1735.12. Espectros atómicos y el átomo de Bohr 173Y ENRIQUECIMIENTO La teoría de Bohr y la ecuación

de Rydberg 177

Tabla de contenidos XXV

5.13. La naturaleza ondulatoria del electrón 1805.14. La descripción mecanocuántica del átomo 181Química aplicada. Investigación y tecnologíaAstro química 182♦ ENRIQUECIMIENTO La ecuación de Schródinger 1845.15. Números cuánticos 1845.16. Orbitales atómicos 1865.17. Configuraciones electrónicas 190♦ ENRIQUECIMIENTO Paramagnetismo y diamagnetismo 1935.18. La tabla periódica y las configuraciones electrónicas 197Palabras clave 200Ejercicios 202

6 Periodicidad química 207

6.1. Más sobre la tabla periódica 208PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS 210

6.2. Radios atómicos 2106.3. Energía de ionización 2136.4. Afinidad electrónica 2166.5. Radios iónicos 2186.6. Electronegatividad 220REACCIONES QUÍMICAS Y PERIODICIDAD 221

6.7. Hidrógeno y los hidruros 221Química aplicada. Investigación y tecnología¿Llenar con hidruros? 2256.8. Oxígeno y los óxidos 226Química aplicada. El medio ambienteLluvia ácida 235Palabras clave 237Ejercicios 238

Enlace químico 243

7.1. Fórmulas de Lewis de los átomos 245ENLACE 1ÓNIC0 246

7.2. Formación de compuestos fónicos 246♦ ENRIQUECIMIENTO Introducción a las relaciones energéticas

en el enlace fónico 251ENLACE COVALENTE 252

7.3. Formación de enlaces covalentes 2537.4. Fórmulas de Lewis para moléculas e iones

poliatómicos 2547.5. La regla del octete 255 •7.6. Resonancia 259♦ ENRIQUECIMIENTO Cargas formales 2607.7. Limitaciones de la regla del octete para las fórmulas

de Lewis 2637.8. Enlaces covalentes polares. y no polares 267

19

XXVI Tabla de contenidos

7.9. Momentos dipolares 2687.10. El margen continuo de tipos de enlace 268Palabras clave 270Ejercicios 270

8 Estructura molecular y teorías del enlace covalente 274

8.1. Una visión general del capítulo 2768.2. Teoría de repulsión de los pares electrónicos de la capa

de valencia (TRPECV) 278Química aplicada. Investigación y tecnologíaLa guerra contra los supergérmenes 2798.3. Moléculas polares. La influencia de la geometría

molecular 2818.4. Teoría del enlace de valencia (EV) 283FORMAS MOLECULARES Y ENLACE 283

8.5. Geometría electrónica lineal. Especies AB 2 (sin pareselectrónicos no compartidos sobre A) 284

8.6. Geometría electrónica plano trigonal. Especies AB 3 (sin pareselectrónicos no compartidos sobre A) 286

8.7. Geometría electrónica tetraédrica. Especies AB 4 (sin pareselectrónicos no compartidos sobre A) 288

8.8. Geometría electrónica tetraédrica. Especies AB 3 E (un parelectrónico no compartido sobre A) 292

8.9. Geometría electrónica tetraédrica. Especies AB 2 E 2 (dos pareselectrónicos no compartidos sobre A) 296

8.10. Geometría electrónica tetraédrica. Especies ABE 3 (tres pareselectrónicos no compartidos sobre A) 298

8.11. Geometría electrónica bipiramidal trigonal. AB 5 , AB4E,AB 3 E 2 y AB 2 E 3 298

8.12. Geometría electrónica octaédrica. AB6, ABSEy AB4E 2 301

8.13. Compuestos que contienen enlaces dobles 3068.14. Compuestos que contienen enlaces triples 3088.15. Resumen de las geometrías electrónicas y moleculares 309Palabras clave 311Ejercicios 312

9 Orbitales moleculares en el enlace químico 316

9.1. Orbitales moleculares 3189.2. Diagramas de niveles de energía de orbitales

moleculares 3209.3 Orden de enlace y estabilidad de enlace 3229.4 Moléculas diatómicas homonucleares 323Química aplicada. El medio ambienteEl incendio del siglo 3259.5. Moléculas diatómicas heteronucleares 3279.6. Deslocalización y formas de los orbitales moleculares 329Palabras clave 332Ejercicios 333

Charles D. Winters

Tabla de contenidos XXVii

7 0 Reacciones en disoluciones acuosas I: ácidos, basesy sales 335

10.1. Propiedades de disoluciones acuosas de ácidosy bases 337

Química aplicada. La vida diariaÁcido sulfúrico salvavidas 33810.2. La teoría de Arrhenius 33910.3. El ion hidrógeno hidratado 33910.4. La teoría de Bronsted y Lowry 33910.5. Fuerza de los ácidos 34210.6. Reacciones de ácidos y bases 34510.7. Sales ácidas y sales básicas 34710.8. Anfoterismo 348Química aplicada. La vida diariaSales ordinarias de ácidos ternarios 34910.9. Preparación de ácidos 35010.10. La teoría de Lewis 352Palabras clave 354Ejercicios 354

11 Reacciones en disoluciones acuosas II: cálculos 359REACCIONES ÁCIDO-BASE ACUOSAS 360

11.1. Cálculos que implican molaridad 360VALORACIONES ÁCIDO-BASE 364

11.2. El método del mol y molaridad 36511.3. Pesos equivalentes y normalidad 367REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN 371

11.4. Método del cambio en el número de oxidación 37111.5. Adición de W, OH - o H 2 0 para ajustar oxígeno

o hidrógeno 37411.6. El método de la semi-reacción 37711.7. Estequiometría de las reacciones redox 379Química aplicada. El desarrollo de la CienciaCerillas, pistolas de pistones, fuegos artificiales y viajes

espaciales 380Palabras clave 383Ejercicios 383

12 Gases y la teoría cinético-molecular 38812.1. Comparación de sólidos líquidos y gases 39012.2. Composición de la atmósfera y algunas propiedades comunes

de los gases 39012.3. Presión 391Química aplicada. El medio ambienteEl efecto invernadero 39212.4. Ley de Boyle: la relación de presión a volumen 39512.5. Ley de Charles: la relación de volumen a temperatura;

la escala de temperatura absoluta 39912.6. Temperatura y presión normales 40112.7. La ecuación de las leyes combinadas de los gases 401

XXViii Tabla de contenidos

Química aplicada. Investigación y tecnología¿Pueden los frigoríficos mantenerse fríos con el Rock «N» Rol!? 40212.8. La ley de Avogadro y el volumen molar normal 40412.9. Resumen de las leyes de los gases. La ecuación de los

gases ideales 40512.10. Determinación de pesos moleculares y fórmulas moleculares

de sustancias gaseosas 40912.11. Ley de Dalton de las presiones parciales 413Química aplicada. El medio ambienteRadón y fumar 41812.12. La teoría cinético-molecular 420Y ENRIQUECIMIENTO Teoría cinético -molecular, la ecuación

de los gases ideales y velocidades moleculares 42312.13. Difusión y efusión de gases 42512.14. Gases reales. Desviaciones de la idealidad 42612.15. Relaciones masa-volumen en reacciones que implican

gases 429Palabras clave 431Ejercicios 432

13 Líquidos y sólidos 43913.1. Descripción cinético-molecular de líquidos y sólidos 44213.2. Atracciones intermoleculares y cambios de fase 443EL ESTADO LÍQUIDO 448

13.3. Viscosidad 44813.4. Tensión superficial 44913.5. Acción capilar 45013.6. Evaporación 45013.7. Presión de vapor 45213.8. Puntos de ebullición y destilación 45313.9. Transferencia de calor implicando a líquidos 454Y ENRIQUECIMIENTO La ecuación de Clausius-Clapeyron

456

EL ESTADO SÓLIDO 458

13.10. Punto de fusión 45813.11. Transferencia de calor implicando a sólidos 45813.12. Sublimación y la presión de vapor de sólidos 46113.13. Diagramas de fase (P frente a T) 46213.14. Sólidos amorfos y sólidos cristalinos 465Y ENRIQUECIMIENTO Difracción de rayos X 46613.15. Estructuras de los cristales 467Química aplicada. Investigación y tecnologíaMetales de enfriados rápidamente 46813.16. Enlace en los sólidos 471Química aplicada. Investigación y tecnologíaSuperconductividad 48013.17. Teoría de bandas en metales 483Química aplicada. Investigación y tecnologíaSemiconductores 486Palabras clave 488Ejercicios 489

14 Disoluciones 496EL PROCESO DE DISOLUCIÓN 498

14.1. Espontaneidad del proceso de disolución 498

Tabla de contenidos xxix

14.2. Disolución de sólidos en líquidos 50014.3. Disolución de líquidos en líquidos (miscibilidad) 50314.4. Disolución de gases en líquidos 504Química aplicada. La vida diariaSolubilidad y la propagación del SIDA 50514.5. Velocidades de disolución y saturación 50714.6. Efecto de la temperatura sobre la solubilidad 50814.7. Efecto de la presión sobre la solubilidad 51014.8. Molalidad y fracción molar 510PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES 512

14.9. Descenso de la presión de vapor y ley de Raoult 51314.10. Destilación fraccionada 51614.11. Elevación del punto de ebullición 51814.12. Descenso del punto de congelación 51914.13. Determinación del peso molecular mediante el descenso del

punto de congelación o elevación del punto de ebullición 52114.14. Propiedades coligativas y disociación de electrólitos 522Y ENRIQUECIMIENTO Porcentaje de ionización y valor de i de, los

datos del descenso del punto de congelación 52414.15. Presión osmótica 525COLOIDES 529Química aplicada. La vida diariaPurificación del agua y hemodiálisis 53014.16. El efecto Tyndall 53214.17. El fenómeno de la adsorción 53314.18. Coloides hidrofílicos e hidrofóbicos 533Química aplicada. La vida diaria¿Por qué va bien el vino tinto con las carnes rojas? 535Palabras clave 536Ejercicios 538

15 Termodinámica química 543

CAMBIOS DE CALOR Y TERMOQUÍMICA 545

15.1. La primera ley de la termodinámica 54515.2. Algunos términos termodinámicos 54715.3. Cambios de entalpía 54915.4. Calorimetría 54915.5. Ecuaciones termoquímicas 55115.6. Estados normales y cambios de entalpía normal 55415.7. Entalpías molares normales de formación, AH 55415.8. Ley de Hess 55615.9. Energías de enlace 56015.10. Cambios en la energía interna, AE 56315.11. Relación entre AH y AE 568ESPONTANEIDAD DE LOS CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOS 569

15.12. Las dos partes de la espontaneidad 57015.13. La segunda ley de la termodinámica 57015.14. Entropía, S 57115.15. Variación de la energía libre, AG, y espontaneidad 57615.16. Dependencia de la espontaneidad con la temperatura 579Palabras clave 582Ejercicios 583

XXX Tabla de contenidos

16 Cinética química 592

16.1. La velocidad de una reacción 594FACTORES QUE AFECTAN A LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN 598

16.2. Naturaleza de los reactivos 59816.3. Concentraciones de los reactivos: la expresión de

la ley de velocidad 59916.4. Concentración frente al tiempo: la ecuación integrada

de velocidad 605♦ ENRIQUECIMIENTO Cálculos derivados de las ecuaciones

integradas de velocidad 611ENRIQUECIMIENTO Uso de de ecuaciones integradas de

velocidad para determinar el orden de reacción 61216.5. Teoría de colisiones de las velocidades de reacción 61616.6. Teoría del estado de transición 61816.7. Mecanismos de reacción y la expresión de la ley de

velocidad 620Química aplicada. El medio ambienteOzono 62416.8. Temperatura: la ecuación de Arrhenius 62616.9. Catalizadores 629Palabras clave 637Ejercicios 637

17 Equilibrio químico 644

17.1. Conceptos básicos 64517.2. La constante de equilibrio 64817.3. Variación de Kc con la forma de la ecuación

ajustada 65117.4. El cociente de reacción 65217.5. Usos de la constante de equilibrio, KC 65317.6. Factores que afectan a los equilibrios 65617.7. Aplicación de un cambio a un sistema

en equilibrio 66317.8. Presiones parciales y la constante de equilibrio 66617.9. Relación entre K p y Kc 66717.10. Equilibrios heterogéneos 67017.11. Relación entre AG° y la constante de equilibrio 67117.12. Evaluación de las constantes de equilibrio a diferentes

temperaturas 675Palabras clave 676Ejercicios 676

18 Equilibrios iónicos I: ácidos y bases 683

18.1. Un breve resumen de electrólitos fuertes 68418.2. La autoionización del agua 68618.3. Las escalas de pH y pOH 68818.4. Constantes de ionización para ácidos y bases

monopróticos débiles 691Química aplicada. La vida diaria¿Hervir el agua la hace ácida? 69218.5. Indicadores ácido-base 702

u Ji)

Tabla de contenidos XXXi

18.6. El efecto del ion común y disoluciones reguladoras18.7. Acción reguladora 709Química aplicada. La vida diariaDiversión con carbonatos 71318.8. Preparación de disoluciones reguladoras 71418.9. Ácidos polipróticos 716Palabras clave 720Ejercicios 720

19 Equilibrios iónicos II: hidrólisis y valoraciones 72519.1. Sales de bases fuertes solubles y ácidos fuertes 72719.2. Sales de bases fuertes solubles y ácidos débiles 72719.3. Sales de bases débiles y ácidos fuertes 73019.4. Sales de bases débiles y ácidos débiles 73219.5. Sales que contienen cationes pequeños, de carga

elevada 733Química aplicada. La vida diariaDomando ácidos con sales inofensivas 735CURVAS DE VALORACIÓN 736

19.6. Curvas de valoración ácido fuerte-base fuerte 73619.7. Curvas de valoración ácido débil-base fuerte 74019.8. Curvas de valoración ácido débil-base débil 742Palabras clave 743Ejercicios 743

20 Equilibrios fónicos III: el principio del productode solubilidad 746

20.1. Constantes del producto de solubilidad 74720.2. Determinación de las constantes del producto

de solubilidad 74920.3. Usos de las constantes del producto de solubilidad 751Química aplicada. Investigación y tecnologíaHaciendo crecer cemento 75620.4. Precipitación fraccionada 75620.5. Equilibrios simultáneos implicando compuestos ligeramente

solubles 75920.6. Disolución de precipitados 762Palabras clave 765Ejercicios 765

21 Electroquímica 76821.1. Conducción eléctrica 77121.2. Electrodos 771CÉLULAS ELECTROLÍTICAS 771

21.3. La electrólisis del cloruro sódico fundido(célula de Downs) 772

21.4. La electrólisis del cloruro sódico acuoso 77321.5. La electrólisis del sulfato sódico acuoso 77421.6. Ley de Faraday de la electrólisis 77521.7. Determinación del estado de oxidación (carga sobre un ion)

mediante electrólisis 777

704

XXXii Tabla de contenidos

Química aplicada. La vida diaria 0Una visión espectacular de un mol de electrones 77821.8. Refinado electrolítico y electrodeposición de metales 779CÉLULAS V OLTAICAS O GALVÁNICAS 780

21.9. La construcción de células voltaicas sencillas 78121.10. La célula de cinc-cobre 78221.11. La célula de cobre-plata 783POTENCIAS NORMALES DE ELECTRODO 785

21.12. El electrodo normal de hidrógeno (ENH) 78521.13. La célula de cinc-ENH 78621.14. La célula de cobre-ENH 78721.15. Potenciales normales de electrodo 78821.16. Usos de los potenciales normales de electrodo 79021.17. Potenciales normales de electrodo para otras

semi-reacciones 79221.18. Corrosión 79421.19. Protección contra la corrosión 795Química aplicada. La vida diariaErrores electroquímicos 796EFECTO DE LAS CONCENTRACIONES (O PRESIONES PARCIALES)

SOBRE LOS POTENCIALES DE ELECTRODO 797

21.20. La ecuación de Nernst 797Y ENRIQUECIMIENTO Células de concentración 80321.21. La relación de E11.1 con AG° y K 805CÉLULAS VOLTAICAS PRIMARIAS 808

21.22. La pila seca 809CÉLULAS VOLTAICAS SECUNDARIAS 810

21.23. La batería acumuladora de plomo 81121.24. La célula de níquel-cadmio (nicad) 81221.25. La célula de combustible hidrógeno-oxígeno 812Palabras clave 814Ejercicios 815

22 Metales I: metalurgia 821METALES 822

22.1. Existencia de los metales 822METALURGIA 824

22.2. Pretratamiento de menas 82422.3. Reducción a metales libres 826Química aplicada. El desarrollo de la CienciaLa historia humana refleja la actividad de los metales 82822.4. Refino de metales 829METALURGIAS DE METALES ESPECÍFICOS 829

22.5. Magnesio 83022.6. Aluminio 83122.7. Hierro 83222.8. Cobre 83422.9. Oro 835Química aplicada. El medio ambienteUtilización y conservación de los recursos metálicos 836Palabras clave 836Ejercicios 838

Tabla de contenidos XXXiii

23 Metales II: propiedades y reacciones 840

LOS METALES ALCALINOS (GRUPO IA) 842

23.1. Metales del Grupo IA: propiedades y existencia 84223.2. Reacciones de los metales del Grupo IA 84323.3. Usos de los metales del Grupo IA y sus compuestos 844Química aplicada. El desarrollo de la CienciaElementos traza y vida 846LOS METALES ALCALINOTÉRREOS (GRUPO IIA) 848

23.4. Metales del Grupo IIA: propiedades y existencia 84823.5. Reacciones de los metales del Grupo IIA 84923.6. Usos de los metales del Grupo IIA y sus compuestos 850LOS METALES DE POST-TRANSICIÓN 852

23.7. Tendencias periódicas. Grupo IIIA 852Química aplicada. El desarrollo de la CienciaEl metal más valioso del mundo 853LOS METALES DE TRANSICIÓN d 855

23.8. Propiedades generales 85623.9. Configuraciones electrónicas y estados de oxidación 85723.10. Clasificación en subgrupos 85823.11. Óxidos e hidróxidos de cromo 859Palabras clave 861Ejercicios 861

24 Algunos no metales 863

LOS GASES NOBLES (GRUPO 0) 865

24.1. Existencia, usos y propiedades 86524.2. Compuestos de xenón 866LOS HALÓGENOS (GRUPO VIIA) 866

24.3. Propiedades 86724.4. Existencia, producción y usos 86824.5. Reacciones de los halógenos libres 87024.6. Los haluros de hidrógeno (ácidos

halhídricos) 87124.7. Los oxoácidos (ácidos ternarios) de los

halógenos 872 Charles Steele

AZUFRE, SELENIO Y TELURO 874

24.8. Existencia, propiedades y usos 87424.9. Reacciones de los elementos del Grupo VIA 87624.10. Hidruros de los elementos del Grupo VIA 87724.11. Óxidos del Grupo VIA 87724.12. Oxoácidos del azufre 879NITRÓGENO Y FÓSFORO 880

24.13. Existencia del nitrógeno 88024.14. Compuestos hidrogenados del nitrógeno 88224.15. Óxidos del nitrógeno 883Química aplicada. El medio ambienteÓxidos de nitrógeno y smog foto químico 88424.16. Algunos oxoácidos del nitrógeno y sus sales 885

XXXiv Tabla de contenidos

24.17. Fósforo 887SILICIO 887

24.18. El silicio y los silicatos 887Palabras clave 889Ejercicios 889

25 Compuestos de coordinación 892

25.1. Compuestos de coordinación 89325.2. Los complejos aminados 89625.3. Palabras importantes 89725.4. Nomenclatura 89925.5. Estructuras 899ISOMERÍA EN LOS COMPUESTOS DE COORDINACIÓN 901

25.6. Isómeros estructurales (constitucionales) 90125.7. Estereoisómeros 904EL ENLACE EN LOS COMPUESTOS DE COORDINACIÓN 907

25.8. Teoría de enlaces de valencia 90725.9. Teoría del campo cristalino 91125.10. El color y la serie espectroquímica 91425.11. Energía de estabilización del campo cristalino 916Palabras clave 918Ejercicios 919

26 Química nuclear 922

26.1. El núcleo 92426.2. Relación neutrón-protón y estabilidad nuclear 92526.3. Estabilidad nuclear y energía de unión 92526.4. Desintegración radiactiva 92926.5. Núcleos ricos en neutrones (encima de la banda

de estabilidad) 93026.6. Núcleos pobres en neutrones (debajo de la banda

de estabilidad) 93026.7. Núcleos con número atómico mayor que 83 93126.8. Detección de radiaciones 93126.9. Velocidades de desintegración y semivida 93426.10. Series de desintegración 93526.11. Usos de los radionúclidos 93726.12. Transmutaciones artificiales de elementos 940Química aplicada. El desarrollo de la CienciaUna teoría sobre la extinción de los dinosaurios 94326.13. Fisión y fusión nuclear 94426.14. La bomba atómica (fisión) 946Química aplicada. El desarrollo de la CienciaQuímica frente a Física 94726.15. Reactores nucleares (fisión) 94826.16. Energía de fusión nuclear (termonuclear) 951Palabras clave 952Ejercicios 953

Charles D. Winters

Tabla de contenidos XXXV

27 Química orgánica I: compuestos 957

HIDROCARBUROS SATURADOS 960

27.1. Alcanos y cicloalcanos 96027.2. Nomenclatura de hidrocarburos saturados 965HIDROCARBUROS INSATURADOS 970

27.3. Alquenos 970Química aplicada. La vida diariaPetróleo 97127.4. Alquinos 975HIDROCARBUROS AROMÁTICOS 977

27.5. Benceno 97727.6. Otros hidrocarburos aromáticos 97827.7. Hidrocarburos. Resumen 981GRUPOS FUNCIONALES 981

Química aplicada. Investigación y tecnologíaC60 y los f ullerenos 98227.8. Haluros orgánicos 98327.9. Alcoholes y fenoles 98427.10. Éteres 98927.11. Aminas 99027.12. Ácidos carboxílicos 99227.13. Algunos derivados de los ácidos carboxílicos 995Química aplicada... La vida diariaMantequilla, margarinas y grasas trans 100027.14. Aldehídos y cetonas 100027.15. Resumen de grupos funcionales 1003Palabras clave 1005Ejercicios 1006

28 Química orgánica II: geometría moleculary reacciones 1011GEOMETRÍAS DE LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS 1012

28.1. Isómeros constitucionales 101328.2. Estereoisómeros 101428.3. Conformaciones 1017CLASES FUNDAMENTALES DE REACCIONES ORGÁNICAS 1019

28.4. Reacciones de sustitución 101928.5. Reacciones de adición 102328.6. Reacciones de eliminación 1025ALGUNAS OTRAS REACCIONES ORGÁNICAS 1027

28.7. Reacciones de ácidos y bases Bronsted-Lowry 102728.8. Reacciones de oxidación-reducción 1031Química aplicada. Investigación y tecnologíaComunicación química 103228.9. Formación de derivados de ácidos carboxílicos 103728.10. Hidrólisis de ésteres 103828.11. Reacciones de polimerización 1039Química aplicada. Investigación y tecnologíaPlásticos más duros que el acero 1045Palabras clave 1047Ejercicios 1048

XXXVI Tabla de contenidos

Apéndice A Algunas operaciones matemáticas 1053Apéndice B Configuraciones electrónicas de los átomos

de los elementos 1059

Apéndice C Unidades comunes, equivalencias y factoresde conversión 1063

Apéndice D Constantes físicas 1067

Apéndice E Algunas constantes físicas para algunas sustanciascomunes 1069

Apéndice F Constantes de ionización para ácidos débilesa 25°C 1071

Apéndice G Constantes de ionización para bases débilesa 25°C 1073

Apéndice N Constantes del producto de solubilidad para algunoscompuestos inorgánicos a 25°C 1075

Apéndice 1 Constantes de disociación de algunos ionescomplejos 1077

Apéndice J Potenciales de reducción normales en disoluciónacuosa a 25°C 1079

Apéndice K Valores termodinámicos seleccionados 1083

Apéndice L Respuestas a los ejercicios numéricos pares 1085

Ilustraciones y tablas de créditos 1091

Indice 1093