1. ~R$~~~454 //111111111111111 i,Ti/~ANG Q UIMICA02330~~/~~~"II'/111/1/11111/1//11/ Novena edicin RAYMOND HANG

2. 1 lA 18 8A 1 C!J==Nmero"Oro;" 2 HFHe Hidrgeno2Flor1314151617Helio 1.008 2A19.00Masaatmica3A4ASA6A7A4.003 3456789.,.10 LiBeBCNOFNe LitioBerilioBoroCamonoNill1igen~OxgenoAorNen 6.949.01210.8112.0114.0116.0019.0020.18 1112131415161718 NaMgAlSiPSCIAr SodioMagnesio3456789101112AluminioSilicioFsforoAzufreCloroArgn 22.9924.31 3B4BSB6B7Br---8B-----lB2B26.9828.0930.9732.0735.4539.95 192021222324252627282930313233343536 KCaSeTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKr POIasioCalcioEscandio1itanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNquelCobreZincGalioGennanioArsnicoSelenioBromoCri~n 39.1040.0844.9647.8850.9452.0054.9455.8558.9358.6963.5565.3969.7272.5974.9278.9679.9083.80 373839404142434445464748495051525354 RbSrYZrNbMoTeRuRhPdAgCdInSnSbTeIXe Rubidio&tronciolirioZirconioNiobioMolibdenoTecnedoRutenioRodoPaladioPlataCadmiolodioEs~oAntimonioTelurioYodoXenn 85.4787.6288.9191.2292.9195.94(98)10l.!102.9106.4107.9112.4114.8118.7121.8127.6126.9131.3 555657727374757677787980818283848586 CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTIPbBiPoAtRn CesioBarioLantanoHalnioTntaloTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurioTalioPlomoBismuloPolonioAslatoRadn 132.9137.3138.9178.5180.9183.9186.2190.2192.2195.1197.0200.6204.4207.2209.0(210)(210)(222) 878889104105106107108109110111112(113)114(115)116(U7)(118) FrRaAeRfDbSgBhHsMtDsRg FranciaRadioActinioRul!JerfordioDubnoSeaborgioBohrioHassioMeitnenoDarmsladloR~ntgenio (223)(226)(227)(257)(260)(263)(262)(265)(266)(269).(272) ~Metales ,. 5859606162-6364.65666768697071 CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu CenoPraseodimioNeodimioPro""ioSamarioEuropioGadolinioTemioDisprosioHolmioErbioTulio!terboLaecio Metaloides140.1140.9144.2(147)150.4152.0157.3158.9162.5164.9167.3168.9173".0175.0 909192939495969798991001011021O~ ThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr NometalesTonoProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmcricioCunoBerielioCalifomoEinstenioFennioMendelevioNobeliouUTencio 232.0(231)238.0(237)(242)(243)(247)(247)(249)(254)(253)(256)(254)(257) Ladesignacindelgrupo1-18hasidorecomendadaporlaIntemationalUnionofPureandAppliedChemistry(ruPAC)peroannoestenuso.Enestetextoseusalanotacin ..estadounidenseestndarparalosgrupos(lA-8Ay1B-8B).Nosehanasignadonombresparaloselementos112,114Y116.Loselementos113,115,117Y118todavanose hansintetizado. http://libreria-universitaria.blogspot.com 3. Lista de elementos con sus smbolos y masas atmicas* Nmero Masa Nmero Masa Elemento ~mbolo atmico atmica* Elemento Smbolo atmico atmica** Actinio Ac 89 (227) Lutecio Lu 71 175.0 Aluminio Al 13 26.98 Magnesio Mg 12 24.31 Americio Am 95 (243) Manganeso Mn 25 54.94 Antimonio Sb 51 121.8 Meitnerio Mt 109 (266) Argn Al' 18 39.95 Mendelevio Md 101 (256) Arsnico As 33 74.92 Mercurio Hg 80 200.6 Astato At 85 (210) Molibdeno Mo 42 95.94 Azufre S 16 32.07 Neodimio Nd 60 144.2 Bario Ba 56 137.3 Nen Ne 10 20.18 Berilio Be 4 9.012 Neptunio Np 93 (237) Berkelio Bk 97 (247) Niobio Nb 41 92.91 Bismuto Bi 83 209.0 Nquel Ni 28 58.69 Bohrio Bh 107 (262) Nitrgeno N 7 14.01 . Boro B 5 10.81 Nobelio No 102 (253) Bromo Br 35 79.90 Oro Au 79 197.0 Cadmio Cd 48 112.4 Osmio Os 76 190.2 Calcio Ca 20 40.08 Oxgeno O 8 16.00 Californio Cf 98 (249) Paladio Pd 46 106.4 Carbono C 6 12.01 Plata Ag 47 107.9 Cerio Ce 58 140.1 Platino Pt 78 195.1 Cesio Cs 55 132.9 Plomo Pb 82 207.2 Cloro CI 17 35.45 Plutonio Pu 94 (242) Cobalto Co 27 58.93 Polonio Po 84 (210) Cobre Cu' 29 63.55 Potasio K 19 39.10 Criptn Kr 36 83.80 Praseodimio Pr 59 140.9 Cromo Cr 24 52.00 Proactinio Pa 91 (231) Curio Cm 96 (247) Prometio Pm 61 (147) Darmstadtio Ds 110 (269) Radio Ra 88 (226) Disprosio Dy 66 162.5 Radn Rn 86 (222) Dubnio Db 105 (260) Renio Re 75 186.2 Einstenio Es 99 (254) Rodio Rh 45 102.9 Erbio El' 68 167.3 Roentgenio Rg 111 (272) Escandio Sc 21 44.96 Rubidio Rb 37 85.47 Estao Sn 50 118.7 Rutenio Ru 44 101.1 Estroncio Sr 38 . 87.62 Ruterfordio Rf 104 (257) Europio Eu 63 152.0 Sarnario Sm 62 150.4 Fermio Fm 100 (253) Seaborgio Sg 106 (263) Flor F 9 19.00 Selenio Se 34 78.96 Fsforo P 15 30.97 Silicio Si 14 28.09 Francio Fr 87 (223) Sodio Na 11 22.99 Gadolinio Gd 64 157.3 Talio TI 81 204.4 Galio Ga 31 69.72 Tntalo Ta 73 180.9 Germanio Ge 32 72.59 Tecnecio Tc 43 (99) Hafnio Hf 72 178.5 Telurio Te 52 127.6 Hassio Hs 108 (265) Terbio Tb 65 158.9 Helio He 2 4.003 Titanio Ti 22 47.88 Hidrgeno H 1 1.008 Torio Th 90 232.0 Hierro Fe 26 55.85 Tulio Tm 69 168.9 Holmio Ho 67 164.9 Tungsteno W 74 183.9 Indio In 49 114.8 Uranio U 92 238.0 Iridio Ir 77 192.2 Vanadio V 23 50.94 Iterbio Yb 70 173.0 Xenn Xe 54 131.3 Itrio Y 39 88.91 Yodo 1 53 126.9 Lantano La 57 138.9 Zinc Zn 30 65.39 Laurencio Lr 103 (257) Zirconio Zr 40 91.22 Litio Li 3 6.941 * Todas las masas atmicas tienen cuatro cifras significativas. Estos valores son los que recomienda el Comit para la enseanza de la qumica de la lnternational Unian of Pure and Applied Chemistry, ** Los valores aproximados de las masas atmicas se sealan entre parntesis. http://libreria-universitaria.blogspot.com 4. http://libreria-universitaria.blogspot.com 5. Qumica http://libreria-universitaria.blogspot.com 6. http://libreria-universitaria.blogspot.com 7. Qumica Novena edicin Raymond CHANG Williams College Revisin tcnica: Rosa Zugazagoitia Herranz Profesora de Qumica Universidad Autnoma Metropolitana, Xochimilco UNAM, Facultad de Ciencias ....---- -- Jos Clemente Reza Profesor titular de Qumica General ESIQIE, Instituto Politcnico Nacional OD31 .2 C454 2007 RAYMOND CHANG 1111/1111111111111111111111111111111111111111111111111111111 0233006194 OUIMICA Q .D31. Z C. 'f5 '{ ;: CJ 0.:; MXICO BOG>T BUENOS AIRES CARACAS GUATEMALA LISBOA MADRID NUEVA YORK. SAN JUAN SANTIAGO AUCKLAND LONDRES. MILN MONTREAL NUEVA DELHI SAN FRANCISCO SINGAPUR SAN LUIS SIDNEY TORONTO http://libreria-universitaria.blogspot.com 8. Director Higher Education: Miguel ngel Toledo Castellanos Director editorial: Ricardo A. del Bosque Alayn Editor spousor: Pablo E. Roig Vzquez Editora de desarrollo: Lorena Campa Rojas Supervisor de produccin: Zeferino Garca Garca Traduccin: Erika Jasso Hernn D'Bourneville QUMICA Novena edicin Prohibida la reproduccin total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorizacin escrita del editor. _ McGraw-Hill _ Inleramericana DERECHOS RESERVADOS 2007 respecto a la novena edicin en espaol por McGRAW-HILLIINTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE c.v. A Subsidiary ofThe McGraw-Hill Companies, ne. Edificio Punta Santa Fe Prolongacin Paseo de la Reforma 1015, Torre A Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe, Delegacin lvaro Obregn c.P. 01376, Mxico, D. F. Miembro de la Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Nm. 736 ISBN-13: 978-970-10-6111-4 ISBN-lO: 970-10-6111-X Traducido de la novena edicin de: CHEMISTRY by Raymond Chang Copyright 2007 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. La seccin de crditos para este libro comienza en la pgina C- t y_se considera como. una extensin de la pgina legal. ISBN-lO: 0-07-298060-5 ISBN-13: 978-0-07-298060-8 34567890 Impreso en China por CTPS 09765432108 Printed in China by CTPS The McGraw-HIIICompanles "';~, http://libreria-universitaria.blogspot.com 9. Acerca del autor Raymond Chang naci en Hong Kong y creci en Shangai y en Hong Kong. Obtuvo la licenciatura en qumica por la London University, en Inglaterra y se doctor en qumica en Yale University. Despus de rea- lizar su investigacin posdoctoral en Washington University y ensear du- rante un ao en Hunter College of the City University of New York, se uni al departamento de qumica en Williams College, donde ha ensea- do desde 1968. El profesor Chang ha prestado sus servicios en el American Chemi- cal Society Examination Comrnittee, el National Chemistry Olympiad Examination Comrnittee y. el Graduate Record Examinations (GRE) Comrnittee. Es editor de la obra titulada The Chemical Educator. El pro- fesor Chang ha escrito libros sobre fisicoqumica, qumica industrial y ciencia fsica. Tambin ha participado como autor de libros sobre el idio- ma chino, libros infantiles de fotografas y una novela de literatura juve- nil. Para relajarse, el profesor Chang cultiva un jardn selvtico, juega te- nis, ping-pong, toca la harmnica y practica el violn. Imgenes de la portada A la izquierda complejo Pb2 +- AEDT. En medio: mapa del potencial electrostti- co que muestra la conformacin del H2 a partir de dos tomos de H. A la derecha: estructura helicoidal-a de una molcula de protena. v http://libreria-universitaria.blogspot.com 10. http://libreria-universitaria.blogspot.com 11. 1 Qumica: el estudio del cambio 2 2 tomos, molculas e iones 40 3 Relaciones de masa en las reacciones qumicas 76 4 Reacciones en disolucin acuosa 118 5 Gases 168 6 Termoqumica 222 7 La teora cuntica y la estructura electrnica de los tomos 266 8 Relaciones peridicas entre los elementos 314 9 Enlace qumico 1: Conceptos bsicos 356 10 Enlace qumico 11: Geometra molecular e hibridacin de orbitales atmicos 398 11 Fuerzas intermoleculares y lquidos y slidos 450 12 Propiedades fsicas de las disoluciones 502 13 Cintica qumica 544 14 Equilibrio qumico 600 15 cidos y bases 644 16 Equilibrios cido-base y equilibrios de solubilidad 696 17 Qumica en la atmsfera 750 18 Entropa, energa libre y equilibrio 782 19 Electroqumica 818 20 Metalurgia y la qumica de los metales 866 21 Elementos no metlicos y sus compuestos 894 22 Qumica de los metales de transicin y compuestos de coordinacin 934 23 Qumica nuclear 966 24 Qumica orgnica 1002 25 Polmeros orgnicos sintticos y naturales 1038 Apndice 1 Derivacin de nombres de los elementos Apndice 2 Unidades para la constante de los gases Apndice 3 Datos termodinmicos a 1 atm y 25C Apndice 4 Operaciones matemticas A-13 A-1 A-7 A-8 vii http://libreria-universitaria.blogspot.com 12. Lista de aplicaciones xxi Prefacio xxiii Una nota para el estudiante xxxi Qumica: el estudio del cambio 2 1.1 Qumica: una ciencia para el siglo XXI 4 1.2 El estudio de la qumica 7 1.3 El mtodo cientfico 8 LA QUMICA en accin El helio primordial y la teora del Big-Bang 10 1.4 Clasificacin de la materia 11 1.5 Los tres estados de la materia 13 1.6 Propiedades fsicas y qumicas de la materia 14 1.7 Mediciones 15 LA QUMICA en accin La importancia de las unidades 20 1.8 El manejo de los nmeros 21 1.9 Anlisis dimensional en la resolucin de problemas 27 Resumen de datos y conceptos 31 Palabras clave 31 Preguntas y problemas 31 MISTERIO de la qumica La desaparicin de los dinosaurios 38 tomos, molculas e iones 40 2.1 La teora atmica 42 2.2 La estructura del tomo 43 2.3 Nmero atmico, nmero de masa e istopos 49 2.4 La tabla peridica 50 LA QUMICA en accin Distribucin de los elementos en la Tierra y en los sistemas vivos 52 2.5 Molculas e iones 53 2.6 Frmulas qumicas 54 IX 13. x .Contenido 2.7 Nomenclatura de los compuestos 59 2.8 Introduccin a los compuestos orgnkos 68 Resumen de datos y conceptos 69 Palabras clave 70 . Preguntas y problemas 70 Relaciones de masa en las reacciones qumicas 76 3.1 Masa atmica 78 3.2 Nmero de Avogadro y masa molar de un elemento 79 3.3 Masa molecular 83 3.4 El espectrmetro de masas 86 3.5 Composicin porcentual de los compuestos 86 3.6 Determinacin experimental de frmulas empricas 90 3.7 Reacciones qumicas y ecuaciones qumicas 92 3.8 Cantidades de reactivos y productos 97 3.9 Reactivos limitantes 101 3.10 Rendimiento de reaccin 103 LA QUMICA en accin Fertilizantes qumicos 104 Resumen de datos y conceptos 106 Palabras clave 107 Preguntas y problemas 107 Reacciones en disolucin acuosa 4.1 Propiedades generales de las disoluciones acuosas 4.2 Reacciones de precipitacin 122 LA QUMICA en accin Una reaccin de precipitacin indeseable 126 4.3 Reacciones cido-base 127 4.4 Reacciones oxidacin-reduccin 131 LA QUMICA en accin Alcoholmetro 143 4.5 Concentracin de las disoluciones 142 4.6 Anlisis gravimtrico 148 4.7 4.8 Valoraciones cido-base 150 Valoraciones redox 153 LA QUMICA en accin Metal proveniente del mar 155 Resumen de datos y conceptos 156 Palabras clave 156 Preguntas y problemas J57 118 120 14. MISTERIO de la qumica Quin asesin a Napolen? Gases 168 Contenido 166 5.1 Sustancias que existen como gases 170 5.2 Presin de un gas 171 5.3 Las leyes de los gases 175 5.4 Ecuacin del gas ideal 181 5.5 La estequiometra de los gases 190 5.6 Ley de Dalton de las presiones parciales 192 5.7 La teora cintica molecular de los gases 197 LA QUMICA en accin El buceo y las leyes de los gases 198 LA QUMICA en accin tomos enfriados 205 5.8 Desviacin del comportamiento ideal 206 Resumen de datos y conceptos 209 Palabras clave 209 Pregu:ntas Y problemas 209 MISTERIO de la qumica Sin oxgeno 220 Termoqumica 222 6.1 Naturaleza y tipos de energa 224 6.2 Cambios de energa en las reacciones qumicas 225 6.3 Introduccin a la termodinmica 227 6.4 Entalpa de las reacciones qumicas 232 LA QUMICA en accin Fabricar nieve e inflar un neumtico de bicicleta 233 6.5 Calorimetra 239 LA QUMICA en accin Valores energticos de los alimentos y otras sustancias 245 6.6 Entalpa estndar de formacin y de reaccin 246 LA QUMICA en accin Cmo se defiende el escarabajo bombardero 251 6.7 Calor de disolucin y de dilucin 252 Resumen de datos y conceptos 254 Palabras clave 254 Preguntas y problemas 255 MISTERIO de la qumica El neumtico explosivo 264 xi 15. Xll Contenido Teora cuntica y la estructura electrnica de los tomos 266 7.1 De la fsica clsica a la teora cuntica 268 7.2 El efecto fotoelctrico 272 7.3 Teora de Bohr del tomo de hidrgeno 274 7.4 La naturaleza dual del electrn 279 LA QUMICA en accin Lser: la luz esplendorosa 280 LA QUMICA en accin Microscopa electrnica 283 7.5 Mecnica cuntica 283 7.6 Nmeros cunticos 286 7.7 Orbitales atmicos 288 7.8 Configuracin electrnica 292 7.9 El principio de construccin 298 Resumen de datos y conceptos 302 Palabras clave 303 Preguntas y problemas 303 MISTERIO de la qumica Descubrimiento del helio y el surgimiento y cada del coronio Relaciones peridicas entre los elementos 314 8.1 Desarrollo de la tabla peridica 316 8.2 Clasificacin peridica de los elementos 318 8.3 Variaciones peridicas de las propiedades fsicas 322 LA QUMICA en accin El tercer elemento lquido? 329 8.4 Energa de ionizacin 329 8.5 Afinidad electrnica 333 8.6 Variacin de las propiedades qumicas de los elementos representativos 335 LA QUMICA en accin El descubrimiento de los gases nobles 346 Resumen de datos y conceptos 347 Palabras clave 348 Preguntas y problemas 348 312 16. t.: ;zt.. _ 11 al ~ ;..ars........... e J. ~ p~_f-L ffrld . 6 S~ - t.J~'';-- -'&'" F cttlj tl}';- ~-, el ~U~ Contenido xiii Enlace qumico 1: Conceptos bsicos 356 9.1 Smbolos de puntos de Lewis 358 9.2 El enlace inico 359 9.3 Energa reticular de los compuestos inicos 361 ~ LA QUMICA en accin Cloruro de sodio: un compuesto inico comn e importante 365 9.4 El enlace covalente 366 9.5 Electronegatividad 369 9.6 Escritura de las estructuras de Lewis 372 9.7 Carga formal y estructura de Lewis 375 9.8 El concepto de resonancia 377 9.9 Excepciones a la regla del octeto 379 LA QUMICA en accin Slo diga NO 384 9.10 Entalpa de enlace 385 Resumen de datos y conceptos 390 Palabras clave 390 Preguntas y problemas 390 Enlace qumico II: Geometra molecular e hibridacin de orbitales atmicos 398 10.1 Geometra molecular 400 10.2 Momento dipolar 409 LA QUMICA en accin Los hornos de microondas: el momento dipolar en accin 412 10.3 Teora del enlace valencia 415 10.4 Hibridacin de orbitales atmicos 417 10.5 Hibridacin en molculas que contienen enlaces dobles y triples 426 10.6 Teora del orbital molecular 429 10.7 Configuraciones de orbitales moleculares 432 10.8 Orbitales moleculares deslocalizados 437 Resumen de datos y conceptos 439 LA QUMICA en accin El buckybaln 440 Palabras clave 442 Preguntas y problemas 442 / 17. xiv Contenido Fuerzas intermoleculares y lquidos y slidos 450 11.1 La teora cintica molecular de lquidos y slidos 452 11.2 Fuerzas intermoleculares 453 11.3 Propiedades de los lquidos 459 11.4 Estructura cristalina 462 LA QUMICA en accin Por qu los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? 463 11.5 Difraccin de rayos X por los cristales 469 11.6 Tipos de cristales 471 LA QUMICA en accin Superconductores a altas temperaturas 476 11.7 Slidos amorfos 476 LA QUMICA en accin y todo por un botn 478 11.8 Cambios de fase 479 11.9 Diagramas de fase 488 LA QUMICA en accin Hervir un huevo en la cima de una montaa, las ollas de presin y el patinaje sobre hielo 490 LA QUMICA en accin Cristales lquidos 491 Resumen de datos y conceptos 493 Palabras clave 493 Preguntas y problemas 494 Propiedades fsicas de las disoluciones 502 12.1 Tipos de disoluciones 504 12.2 Enfoque molecular del proceso de disolucin 505 12.3 Unidades de concentracin 507 12.4 Efecto de la temperatura en la solubilidad 511 12.5 Efecto de la presin en la solubilidad de los gases 513 12.6 Propiedades coligativas de las disoluciones de no electrlitos 515 LA QUMICA en accin El lago asesino 516 12.7 Propiedades coligativas de las disoluciones de electrlitos 528 LA QUMICA en accin Desalinizacin 530 12.8 Coloides 530 Resumen de datos y conceptos 534 Palabras clave 534 Preguntas y problemas 534 MISTERIO de la qumica El cuchillo equivocado 542 18. Contenido Cintica qumica 544 13.1 La velocidad de una reaccin 546 13.2 Ley de la velocidad 553 13.3 Relacin entre la concentracin de reactivos y el tiempo 557 LA QUMICA en accin Determinacin de la edad del Sudario de Turn 568 13.4 Constantes de velocidad y su dependencia de la energa de activacin y de la temperatura 568 13.5 Mecanismos de reaccin 575 LA QUMICA en accin Femtoqumica 580 13.6 Catlisis 581 Resumen de datos y conceptos 588 Palabras clave 589 Preguntas y problemas 589 Equilibrio qumico 600 14.1 El concepto de equilibrio y la constante de equilibrio 602 14.2 Escritura de las expresiones de las constantes de equilibrio 604 14.3 Relacin ente cintica qumica y equilibrio qumico 616 14.4 Qu informacin proporciona la constante de equilibrio? 617 14.5 Factores que afectan el equilibrio qumico 623 LA QUMICA en accin La vida a grandes alturas y la produccin de hemoglobina 630 LA QUMICA en accin El proceso Haber 631 Resumen de datos y conceptos 632 Palabras clave 632 Preguntas y problemas 633 cidos y bases 644 15.1 cidos y.bases de Br;lnsted 646 15.2 Propiedades cido-base del agua 647 15.3 El pH: una medida de la acidez 649 15.4 Fuerza de los cidos y las bases 652 15.5 cidos dbiles y la constante de ionizacin de un cido 656 15.6 Bases dbiles y la constante de ionizacin de una base 663 15.7 Relacin entre las constantes de ionizacin de los cidos 15.8 15.9 y sus bases conjugadas 665 cidos diprticos y poliprticos 666 Estructura molecular y fuerza de los cidos 15.10 Propiedades cido-base de las sales 674 670 15.11 Propiedades cido-base de los xidos y los hidrxidos 679 xv 19. xvi Contenido 15.12 cidos y bases de Lewis 682 LA QUMICA en accin Anticidos y el balance del pH en el estmago 684 Resumen de datos y conceptos 686 Palabras clave 686 Preguntas y problemas 686 MISTERIO de la qumica La descomposicin de los papeles 694 Equilibrios cido-base y equilibrios de solubilidad 696 16.1 Comparacin entre los equilibrios homogneo y heterogneo en disolucin 698 16.2 Efecto del ion comn 698 16.3 Disoluciones amortiguadoras 701 LA QUMICA en accin Mantenimiento del pH de la sangre 706 16.4 Valoraciones cido-base 708 16.5 Indicadores cido-base 716 16.6 Equilibrios de solubilidad 718 16.7 Separacin de iones por precipitacin fraccionada 725 16.8 El efecto del ion comn y la solubilidad 727 16.9 El pH Yla solubilidad 728 16.10 Los equilibrios de iones complejos y la solubilidad 731 LA QUMICA en accin Cmo se forma un cascarn de huevo 737 16.11 Aplicacin del principio del producto de solubilidad al anlisis cualitativo 737 Resumen de datos y conceptos 739 Palabras clave 740 Preguntas y problemas 740 MISTERIO de la qumica Un duro bocadillo 748 Qumica en la atmsfera 750 17.1 La atmsfera terrestre 752 17.2 Los fenmenos en las capas externas de la atmsfera 755 17.3 Disminucin del ozono en la estratosfera 757 17.4 Los volcanes 762 17.5 El efecto invernadero 763 17.6 La lluvia cida 767 17.7 El esmog fotoqumico 771 17.8 Contaminacin domstica 773 http://libreria-universitaria.blogspot.com 20. Contenido xvii Resumen de datos y conceptos 776 Palabras clave 776 Preguntas y problemas 776 Entropa, energa libre y equilibrio 782 18.1 Las tres leyes de la termodinmica 784 18.2 Los procesos espontneos 784 18.3 Entropa 785 18.4 La segunda ley de la termodinmica 790 LA QUMICA en accin La eficiencia de las mquinas trmicas 796 18.5 La energa libre de Gibbs 796 18.6 La energa libre y el equilibrio qumico 803 LA QUMICA en accin La termodinmica de una liga 807 18.7 La termodinmica en los sistemas vivos 808 Resumen de datos y conceptos 809 Palabras clave 810 Preguntas y problemas 810 Electroqumica 818 19.1 Reacciones redox 820 19.2 Celdas electroqumicas 823 19.3 Potenciales estndar de reduccin 825 19.4 Espontaneidad de las reacciones redox 831 19.5 Efecto de la concentracin sobre la fem de la celda 834 19.6 Bateras 839 LA QUMICA en accin Energa bacteriana 843 19.7 Corrosin 844 19.8 Electrlisis 848 LA QUMICA en accin Molestia producida por las amalgamas dentales 853 Resumen de datos y conceptos 854 Palabras clave 855 Preguntas y problemas 855 MISTERIO de la qumica Agua sucia 864 21. XVlll Contenido Metalurgia y la qumica de los metales 866 20.1 Abundancia de los metales 868 20.2 Procesos metalrgicos 868 20.3 Teora de las bandas de conductividad 876 20.4 Tendencias peridicas de las propiedades metlicas 878 20.5 Los metales alcalinos 879 20.6 Los metales alcalinotrreos 883 20.7 Aluminio 885 LA QUMICA en accin Reciclado de aluminio 888 Resumen de datos y conceptos 888 Palabras clavi; 889 Preguntas y problemas 889 Elementos no metlicos y sus compuestos 894 21.1 Propiedades generales de los no metales 896 21.2 Hidrgeno 896 LA QUMICA en accin Hidrgeno metlico 901 21.3 Carbono 902 LA QUMICA en accin Gas sinttico a partir del carbn 905 21.4 Nitrgeno y fsforo 906 21.5 21.6 LA QUMICA en accin Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo 913 Oxgeno y azufre Los halgenos 914 921 Resumen de datos y conceptos 928 Palabras clave 929 Preguntas y problemas 929 Qumica de los metales de transicin y compuestos de coordinacin 934 22.1 Propiedades de los metales de transicin 936 22.2 La qumica del hierro y del cobre 939 22.3 Compuestos de coordinacin 940 22.4 Estructura de los compuestos de coordinacin 946 22.5 El enlace en los compuestos de coordinacin: teora del campo cristalino 949 22.6 Reacciones de los compuestos de coordinacin 955 22.7 Aplicaciones de los compuestos de coordinacin 955 22. Contenido xix LA QUMICA en accin Compuestos de coordinacin en los sistemas vivos 956 LA QUMICA en accin Cisplatino: el medicamento anticancergeno 958 Resumen de datos y conceptos 959 Palabras clave 960 Preguntas y problemas 960 MISTERIO de la qumica Datacin de pinturas con el azul de Prusia 964 Qumica nuclear 966 23.1 L a naturaleza de las reacciones nucleares 968 23.2 Estabilidad nuclear 970 23.3 Radiactividad natural 975 23.4 Transmutacin nuclear 978 23.5 Fisin nuclear 981 LA QUMICA en accin El reactor de fisin nuclear de la naturaleza 986 23.6 Fusin nuclear 987 23.7 Aplicaciones de los istopos 989 23.8 Efectos biolgicos de la radiacin 991 LA QUMICA en accin Irradiacin de los alimentos 993 Resumen de datos y conceptos 994 Palabras clave 994 Preguntas y problemas 994 MISTERIO de la qumica El arte de la falsificacin en el siglo xx 1000 Qumica orgnica 1002 24.1 Clases de compuestos orgnicos 1004 24.2 Hidrocarburos alifticos 1004 LA QUMICA en accin Hielo que se quema 1016 24.3 Hidrocarburos aromticos 1017 24.4 Qumica de los grupos funcionales 1020 LA QUMICA en accin La industria del petrleo 1026 Resumen de datos y conceptos 1029 Palabras clave 1029 Preguntas y problemas 1029 MISTERIO de la qumica La desaparicin de huellas digitales 1036 23. xx Contenido Polmeros orgnicos sintticos y naturales 1038 25.1 Propiedades de los polmeros 1040 25.2 Polmeros orgnicos sintticos 1040 25.3 Protenas 1045 LA QUMICA en accin Anemia de clulas falciformes: una enfermedad molecular 1052 25.4 cidos nucleicos 1054 LA QUMICA en accin Huella digital del DNA 1057 Resumen de datos y conceptos 1058 Palabras clave 1058 Preguntas y problemas 1058 MISTERIO de la qumica Una historia que le erizar los cabellos 1062 Apndice 1 Derivacin de los nombres de los elementos A-1 Apndice 2 Unidades para la constante de los gases A-7 Apndice 3 Datos termodinmicos a 1 atm y 25C A-8 Apndice 4 Operaciones matemticas A-13 Glosario G-1 Respuestas a problemas pares AP-l Crditos C-1 ndice 1-1 24. El enunciado de apertura de esta obra es: "La qumica es una ciencia activa y en evolucin, de una importancia vital para nuestro mundo, tanto en el mbito de la naturaleza como en el de la sociedad." A travs de este texto, las secciones tituladas La qumica en accin y Misterio de la qumica presentan ejemplos de qumica especficos que muestran su activi- dad y su evolucin en todas las facetas de nuestras vidas. LA QUMICA en accin El helio primordial y la teora del Big-Bang La importancia de las unidades Distribucin de los elementos en la Tierra y en los sistemas vivos Fertilizantes qumicos Una reaccin de precipitacin indeseable Alcoholmetro Metal proveniente del mar El buceo y las leyes de los gases tomos superenfriados Fabricar nieve e inflar un neumtico de bicicleta Valores energticos de los alimentos y otras sustancias Cmo se defiende el escarabajo bombardero Lser: la luz esplendorosa Microscopa electrnica El tercer elemento lquido? El descubrimiento de los gases nobles Cloruro de sodio: un compuesto inico comn e importante Slo diga NO Los hornos de microondas: el momento dipolar en accin El buckybaln Por qu los lagos se congelan desde la superficie hacia el fondo? Superconductores a altas temperaturas y todo por un botn Hervir un huevo en la cima de una montaa, las ollas de presin y el patinaje sobre hielo Cristales lquidos El lago asesino Desalinizacin Determinacin de la edad del Sudario de Turn Femtoqumica La vida a grandes alturas y la produccin de hemoglobina El proceso Haber Anticidos y el balance del pH en el estmago 10 20 52 104 126 143 155 198 205 233 245 251 280 283 329 346 365 384 412 440 463 476 478 490 491 516 530 568 580 630 631 684 xxi 25. xxii Lista de aplicaciones Mantenimiento del pH de la sange Cmo se forma un cascarn de huevo? La eficiencia de las mquinas trmicas La termodinmica de una liga Energa bacteriana Molestia producida por las amalgamas dentales Reciclado del aluminio Hidrgeno metlico Gas sinttico a partir del carbn Nitrato de amonio: el fertilizante explosivo Compuestos de coordinacin en los sistemas vivos Cisplatino: el medicamento anticancergeno El reactor de fisin nuclear de la naturaleza Irradiacin de los alimentos Hielo que se quema La industria del petrleo Anemia de clulas falciformes: una enfermedad molecular Huella digital del ADN MISTERIO de la qumica La desaparicin de los dinosaurios Quin asesin a Napolen? Sin oxgeno El neumtico explosivo Descubrimiento del helio y el surgimiento y cada del coronio El cuchillo equivocado La descomposicin de los papeles Un duro bocadillo Agua sucia Datacin de pinturas con el azul de Prusia El arte de la falsificacin en el siglo xx La desaparicin de huellas digitales Una historia que le erizar los cabellos 706 736 796 807 843 853 888 901 905 913 956 958 986 993 1016 1026 1052 1057 38 166 220 264 312 542 694 748 864 964 1000 1036 1062 26. D esde la primera edicin, mi intencin ha sido escri- bir un libro de qumica general que proporcionara una base slida de los conceptos y principios qumi- cos, y que infundiera en los estudiantes una apreciacin de la parte vital que tiene la qumica en nuestra vida diaria. Es mi responsabilidad como a~tor de este libro de texto ayudar tan- to a los profesores como a sus estudiantes a alcanzar este ob- jetivo mediante la presentacin clara y lgica de una amplia gama de temas. Siempre que ha sido posible he tratado de encontrar un balance entre la teora y la prctica, y de ilus- trar los principios bsicos con ejemplos cotidianos. Pero sobre todo, el objetivo principal ha sido escribir un texto comprensible y claro. Con cada nueva edicin he tratado de mejorar la peda- goga empleada para desarrollar en los estudiantes habilida- des de pensamiento crtico y de resolucin de problemas, as como encontrar formas nuevas y efectivas para presentar conceptos qumicos abstractos. Lo nuevo en esta edicin Muchas secciones de este texto han sido revisadas y actuali- zadas gracias a los comentarios de revisores y usuarios. A continuacin se muestran algunos ejemplos: o Las pginas de apertura de cada captulo cuentan con una seccin titulada "Avance del captulo", la cual pro- porciona a los estudiantes una visin general de los te- mas que se abordarn en el mismo. o Todas las ecuaciones y respuestas para la mayor parte de los ejercicios resueltos se encuentran sombreadas para facilitar su ubicacin visual en el texto. o Se ha agregado una introduccin a los compuestos org- nicos en la seccin 2.8. o Se ha revisado el tema del captulo 4 que trata los tipos de reacciones (precipitacin y cido-base). o Se ha awpliado el anlisis de la difusin y efusin de ga- ses de la seccin 5.7. o En la seccin 13.3 ahora se analizan las reacciones de orden cero, adems de las reacciones de primer y segun- do orden. o En la seccin 15.3 se compara la definicin del pH con los conceptos de concentracin y actividad. o Se han actualizado varios ensayos de las secciones titu- ladas La qumica en accin y se agregaron dos nuevos a los captulos 11 y 19. o Se ha aadido un nuevo Misterio de la qumica al cap- tulo 7. o Al igual que en la edicin anterior se ha logrado una buena mezcla de problemas fciles, intermedios y difci- les al final de cada captulo. Adems de los problemas especiales se agreg una nueva categora que contiene otros an ms desafiantes. xxiii 27. xxiv Prefacio Arte Como siempre, me he esmerado por lograr un diseo limpio pero atractivo a la vista. Cada captulo abre con dos pginas que contienen una foto acompaada de sus correspondientes modelos moleculares para ilustrar el proceso fsico o qumico a nivel molecular. Un globo leno de tt;drOgenoe~ pIo1aalcalenlarlocoo l1li8 llama. E1hidrgenogaseosQteaCciona con el (lldgeno que est en el a;. re para klrrnar vapor de '9U3-La quiTOcae$elesIu(Ii;)delaspoo. piedades de la materia y Glos C3IT"bios que sIa e>cpeomeru. lo&lT"C>deIosp-tr.iCf1UInlasrn> l -.r I.l" ~., ~" ,,-/, '11I" .." Problemas similares: 2,45, 2,46 Reaccin del sodio metlico con el cloro gaseoso para formar el cloruro de sodio. ~ ~ ~ Figura 2.13 a) Estructura del NaCI slido. b) En realidad, los cationes estn en contacto con los aniones. Tanto en a) como en b) las esferas ms pequeas representan iones Na+ y las esferas ms grandes, iones CI-. c) Cristales de NaCl. 91. 58 tomos, molculas e iones Cuando el magnesio se quema en el aire, forma xido de magnesio y nitruro de magnesio. Problemas similares 2.43, 2.44. malmente son sus frmulas empricas, los subndices siempre se deben reducir a las propor- ciones ms pequeas posibles. Considere los siguientes ejemplos. Bromuro de potasio. El catin potasio K+ y el anin bromuro Br- se combinan pa- ra formar el compuesto inico bromuro de potasio. La suma de las cargas es +1 + (-1) = O, de modo que no es necesario escribir subndices. La frmula es KBr. Yoduro de zinc. El catin zinc Zn2+ y el anin yoduro 1- se combinan para formar yoduro de zinc. La suma de las cargas de un ion Zn2+ y un ion 1- es +2 + (-1) = +l. Para que la suma de las cargas sea igual a cero se debe multiplicar por 2 la car- ga -1 del anin y agregar un subndice "2" al smbolo del yodo. En consecuencia, la frmula del yoduro de zinc es ZnI2. xido de aluminio. El catin es A13+ y el anin oxgeno es 0 2-. El siguiente dia- grama ayuda para la determinacin de los subndices del compuesto formado por el catin y el anin: A1 3 + La suma de las cargas es 2( +3) + 3(-2) nio es A120 3' Ejemplo 2.4 O. As, la frmula del xido de alumi- Escriba la frmula del nitruro de magnesio, que contenga los iones Mg2 + y N3 - . Estrategia Nuestra gua para escribir frmulas para compuestos inicos es la neutralidad elctrica; es decir, la carga total en el catin debe ser igual a la carga total en el anin. De- bido a que las cargas en los iones Mg2+ y N3 - no son iguales, sabemos que la frmula no puede ser MgN. En cambio, escribimos la frmula como Mg,N y, donde x y yson los subn- dices que se deben determinar. Solucin Para satisfacer la neutralidad elctrica se debe mantener la siguiente relacin: (+2)x + (-3)y = O Al resolver esta ecuacin obtenemos x/y = 3/2. Si sustituimos x = 3 YY = 2, tenemos Mg 2 + N 3- Verificacin Los subndices se redujeron a la proporcin de tomos ms pequea en n- meros enteros debido a que la frmula qumica de un compuesto inico por lo general es su frmula emprica. Ejercicio de prctica Escriba las frmulas de los siguientes compuestos inicos: a) sulfa- to de cromo (que contiene los iones C~+ y SO~-) y b) xido de titanio (que contiene los iones Ti4+ y 0 2 - ). 92. 2.7 Nomenclatura de los compuestos 59 2.7 Nomenclatura de los compuestos Cuando la qumica era una ciencia joven y el nmero de compuestos conocidos pequeo, era posible memorizar todos los nombres. Muchos nombres se derivaban de su aspecto f- sico, de sus propiedades, de su origen o de sus aplicaciones, por ejemplo, leche de magne- sia, gas hilarante, piedra caliza, sosa custica, leja, sosa para lavar y polvo de hornear. En la actualidad el nmero de compuestos conocidos sobrepasa los 20 millones. Por fortuna no es necesario memorizar sus nombres. A travs de los aos, los qumicos han di- seado un sistema claro para nombrar las sustancias qumicas. Las reglas propuestas son aceptadas mundialmente, lo que facilita la comunicacin entre los qumicos y proporciona una forma til para trabajar con la abrumadora variedad de sustancias. El aprendizaje de es- tas reglas en el momento actual proporciona un beneficio casi inmediato a medida que se avanza en el estudio de la qumica. Para iniciar el estudio de la nomenclatura qumica, es decir, el nombre de los compues- tos qumicos, es necesario, primero, distinguir entre compuestos inorgnicos y orgnicos. Los compuestos orgnicos contienen carbono, comnmente combinado con elementos co- mo hidrgeno, oxgeno, nitrgeno y azufre. El resto de los compuestos se clasifican como compuestos inorgnicos. Por conveniencia, algunos compuestos que contienen carbono, como monxido de carbono (CO), dixido de carbono (C02), disulfuro de carbono (CS2), compuestos que contienen el grupo cianuro (CN-), as como los grupos carbonato (CO~-) y bicarbonato (RCO;-) se consideran compuestos inorgnicos. En la seccin 2.8 se presen- ta una breve introduccin al tema de los compuestos orgnicos. Para organizar y simplificar el estudio de la nomenclatura, los compuestos inorgnicos se dividirn en cuatro categoras: compuestos inicos, compuestos moleculares, cidos y bases e hidratos. Compuestos inicos En la seccin 2.5 se aprendi que los compuestos inicos estn formados por cationes (io- nes positivos) y aniones (iones negativos). Con excepcin del ion amonio, NH1, todos los cationes de inters se derivan de tomos metlicos. Los nombres de los cationes metlicos provienen del nombre de los elementos. Por ejemplo: Elemento Nombre del catin ion sodio (o catin sodio) ion potasio (o catin potasio) ion magnesio (o catin magnesio) ion aluminio (o catin aluminio) Na sodio K potasio Mg magnesio Al aluminio Muchos compuestos inicos son compuestos binarios, o compuestos formados sola- mente por dos elementos. Para los compuestos binarios, primero se nombra el anin no me- tlico seguido por el catin metlico. De esta manera, el NaCl es cloruro de sodio. La nomenclatura del anin se forma tomando la primera parte del nombre del elemento (clo- ro) y agregando el sufijo "uro". Tambin son compuestos binarios el bromuro de potasio (KBr), el yoduro de zinc (ZnI2) y el xido de aluminio (AI203). En la tabla 2.2 se muestra la nomenclatura con el sufijo "uro" de algunos aniones monoatmicos comunes, segn su posicin en la tabla peridica. El sufijo "uro" tambin se utiliza para algunos grupos de aniones que contienen ele- mentos diferentes, como el hidrxido (OR-) y el cianuro (CN-). As, los compuestos LiOR y KCN se nombran hidrxido de litio y cianuro de potasio, respectivamente. stas, as co- mo algunas otras sustancias inicas, se denominan compuestos ternarios, lo que significa que son compuestos formados por tres elementos. En la tabla 2.3 se enumeran en orden al- fabtico los nombres de algunos cationes y aniones comunes. Algunos metales, en particular los metales de transicin, pueden formar ms de un ti- po de catin. Considere el hierro como ejemplo. El hierro puede formar dos cationes Fe~+ lA BA 2A 3A4A5A6A7A U N o F N. 1 Al S CI KC 8, R S, I es 83 Los metales ms reactivos (verde) y los no metales ms reactivos (azul) se combinan para formar compuestos inicos. 3646566676 rB6, 1626 Los metales de transicin son los elemen- tos de los grupos 18 Y 38-88 (vea la figura 2.10). 93. 60 tomos, molculas e iones TABLA 2.2 Grupo 4A C carburo (C4 -)* Si siliciuro (Si4 - ) Grupo 5A N nitruro (N3 - ) P fosfuro (P3 - ) *La palabra "carburo" tambin se utiliza para el anin c~-. TABLA 2.3 Catin aluminio (AI3+) amonio (NRb bario (Ba2+) cadmino (Cd2+) calcio (Ca2+) cesio (Cs+) cobalto(lI) o cobaltoso (Co2+) cobre(l) o cuproso (Cu+) cobre(lI) o cprico (Cu2+) cromo(I1I) o crmico (C?+) estao(lI) o estanoso (Sn2+) estroncio (S~+) hidrgeno (H+) hierro(lI) o ferroso (Fe2+) hierro(I1I) o frrico (Fe3+) litio (Li+) magnesio (Mg2+) manganeso(I1) o manganoso (Mn2+) mercurio(I) o mercuroso (Hg~+)* mercurio(I1) o mercrico (Ht+) plata (Ag+) plomo(I1) o plumboso (Pb2+) potasio (K+) rubidio (Rb+) sodio (Na+) zinc (Zn2+) *El mercurio(l) existe como un par, segn se seala. Grupo 6A o xido (02-) S sulfuro (S2-) Se selenuro (Se2-) Te telururo (Te2- ) Anin bromuro (Br-) carbonato (Co j-) cianuro (CN-) clorato (CIO) cloruro (CL-) cromato (CrO-) Grupo 7A F fluoruro (F- ) CI cloruro (Cl-) Br bromuro (Br- ) 1 yoduro (1- ) dicromato (Cr20~- ) dihidrgeno fosfato (H2PO;;-) fluoruro (F- ) fosfato (PO~-) hidrgeno carbonato o bicarbonato (HCO) hidrgeno fosfato (HPO-) hidrgeno sulfato o bisulfato (HSO;;-) hidrxido (OH-) hidruro (H- ) nitrato (NO) nitrito (NO;) nitruro (N3 - ) xido (02-) permanganato (MnO;;-) perxido (O~-) sulfato (SO~- ) sulfito (Soj-) sulfuro (S2-) tiocianato (SCN- ) yoduro (r) 94. 2.7 Nomenclatura de los compuestos 61 y Fe3+. El sistema antiguo de nomenclatura, que todava tiene cierto uso, asigna el sufi- jo "oso" al catin con menor carga positiva, y el sufijo "ico" al catin con mayor carga po- sitiva: Fe2+ ion ferroso Fe3+ ion frrico Los nombres de los compuestos que forman estos iones hierro con el cloro seran FeCl2 cloruro ferroso FeCl3 cloruro frrico Este mtodo para nombrar los iones presenta algunas limitaciones. La primera es que los sufijos "oso" e "ico" no proporcionan informacin con respecto a la carga real de los dos cationes involucrados. AS, el ion frrico es Fe3+, pero el catin de cobre llamado cprico tiene la frmula Cu2 +. Adems, las terminaciones "oso" e "ico" proporcionan el nombre s- lo para dos cationes. Algunos elementos metlicos pueden adoptar tres o ms diferentes car- gas positivas en los compuestos. En consecuencia, cada vez es ms comn designar los diferentes cationes mediante el empleo de nmeros romanos. Este mtodo recibe el nombre de sistema de Stock.!3 De acuerdo con este sistema, el nmero romano 1 indica una carga positiva, Il significa dos cargas positivas, y as sucesivamente. Por ejemplo, los tomos de manganeso (Mn) pueden adoptar diferentes caigas positivas: Mn2+: MnO xido de manganeso(Il) Mn3+: Mn20 3 xido de manganeso(IlI) Mn4 +: Mn02 xido de manganeso(IV) Los nombres de estos compuestos se leen "xido de manganeso dos", "xido de mangane- so tres" y "xido de manganeso cuatro". Al emplear el sistema de Stock, el ion ferroso y el ion frrico se designan como hierro(Il) y hierro(IlI), respectivamente; el cloruro ferroso se denominar cloruro de hierro(Il), en tanto que el cloruro frrico ser cloruro de hierro(IlI). Segn la prctica moderna, en este libro se utilizar el sistema de Stock para nombrar los compuestos. Los ejemplos 2.5 y 2.6 ilustran cmo nombrar los compuestos inicos y escribir sus frmulas, con base en la informacin de la figura 2.11 as como en las tablas 2.2 y 2.3. Ejemplo 2.5 Nombre los siguientes compuestos inicos: a) Cu(N03)z, b) KH2P04 Y e) NH4Cl03. Estrategia Obsrvese que los compuestos en a) y b) contienen tomos tanto metlicos co- mo no metlicos, as que se espera que sean compuestos inicos. No existen tomos metlicos en e) pero existe un grupo amonio, el cual tiene una carga positiva. As, NH4Cl03 tambin es un compuesto inico. Nuestra referencia para los nombres de los cationes y anio- nes es la tabla 2.3. Recuerde que si un tomo metlico puede formar cationes de diferentes cargas (vea la figura 2.11), es necesario emplear el sistema de Stock. Solucin a) Debido a que el ion nitrato (N03") tiene una carga negativa, el ion cobre debe tener do"s cargas positivas. Debido a que el cobre forma los iones Cu+ y Cu2+, necesitamos utili- zar el sistema Stock y denominar al compuesto nitrato de cobre(II). (contina) 13 Alfred E. Stock (1876-1946). Qumico alemn. Stock realiz la mayor parte de su investigacin sobre la sn- tesis y caracterizacin de los compuestos de boro, berilio y silicio. Fue el primer cientfico en estudiar el peli- gro del envenenamiento por mercurio. FeC!, (izquierda) y FeCl, (derecha). Vea las primeras hojas de este libro si ne- cesita buscar los nombres y smbolos de los elementos. 95. tomos, molculas e iones62 b) El catin es K+ y el anin es H2POi (dihidrgeno fosfato). Debido a que el potasio s- lo forma un tipo de ion (K+), no es necesario escribir potasio(I) en el nombre. El compuesto es dihidrgeno fosfato de potasio. e) El catin es NH! (ion amonio) y el anin es CIO;-. El compuesto es clorato de amonio. Ejercicio de prctica Nombre los siguientes compuestos: a) PbO y b) Li2S03 Problemas similares: 2.57b), e), 1). Ejemplo 2.6 Escriba las frmulas qumicas de los siguientes compuestos: a) nitrito de mercuriotl), b) sul- furo de cesio y e) fosfato de calcio. Estrategia Recurra a la tabla 2.3 para encontrar las frmulas de cationes y aniones. Re- cuerde que los nmeros romanos en el sistema de Stock proporcionan informacin til acerca de las cargas del catin. Solucin a) El nmero romano muestra que el ion mercurio tiene una carga + 1. Sin embargo, el ion mercurio(I) es diatmico (es decir, Hg~+) y el ion nitrito es NOz. Por lo tanto, la frmula es Hg2(N02h. b) Cada ion sulfuro tiene dos cargas negativas y cada ion cesio tiene una carga positiva (el cesio est en el grupo lA, como el sodio). En consecuencia, la frmula es Cs2S. e) Cada ion calcio (Ca2+) tiene dos cargas positivas, y cada ion fosfato (PO~-) tiene tres cargas negativas. Para que la suma de las cargas sea igual a cero, se debe ajustar el n- mero de cationes y aniones: 3(+2) + 2(-3) = O Problemas similares: 2.59a), b), d), h), ,). As, la frmula es Ca3(P04h Ejercicio de prctica Escriba las frmulas de los siguientes compuestos inicos: a) sulfa- to de rubidio, b) hidruro de bario. Compuestos moleculares A diferencia de los compuestos inicos, los compuestos moleculares estn formados por unidades moleculares discretas. Por lo general estn formados por elementos no metlicos (vea la figura 2.10). Muchos compuestos moleculares son compuestos binarios. La nomen- clatura de los compuestos moleculares binarios se hace de manera similar a la de los com- puestos inicos binarios. Se nombra primero el segundo elemento de la frmula, a cuya raz se adiciona el sufijo -uro y despus se nombra el primer elemento. Algunos ejemplos son: HCl cloruro de hidrgeno HBr bromuro de hidrgeno SiC carburo de silicio TABLA 2.4 Prefijos griegos utilizados en la nomenclatura de compuestos moleculares Prefijo Significado -- mono- 1 di- 2 tri- 3 tetra- 4 penta- S hexa- 6 hepta- 7 octa- 8 nona- 9 deca- 10 Es muy comn que un par de elementos formen diferentes compuestos. En estos casos se evita la confusin en la nomenclatura de los compuestos mediante el uso de prefijos grie- gos que denotan el nmero de tomos de cada uno de los elementos presentes (vea la tabla 2.4). Analice los siguientes ejemplos: CO monxido de carbono CO2 dixido de carbono 96. 2.7 Nomenclatura de los compuestos S02 dixido de azufre S03 ttixido de azufre N02 dixido de nitrgeno N20 4 tetrxido de dinitrgeno Las siguientes pautas son tiles para nombrar compuestos con prefijos: El prefijo "mono-" puede omitirse para el primer elemento de la frmula. Por ejem- plo, PCl3 se nombra tricloruro de fsforo y no tricloruro de monofsforo. As, la au- sencia de un prefijo para el primero de los elementos de la frmula generalmente sig- nifica que sl hay un tomo de ese elemento en la molcula. Para el caso de los xidos, en algunas ocasiones se omite la terminacin "a" del pre- fijo. Por ejemplo, N20 4 se denomina tetrxido de dinitrgeno y no tetraxido de di- nitrgeno. La excepcin para el uso de prefijos griegos es el caso de compuestos moleculares que contienen hidrgeno. Tradicionalmente, muchos de estos compuestos se llaman por sus nombres comunes no sistemticos, o bien mediante nombres que no indican el nmero de tomos de H presentes: B 2H6 CH4 SiH4 NH3 PH3 H20 H2S diborano metano silano amoniaco fosfina agua sulfuro de hidrgeno Observe que el orden en que se escriben los elementos en las frmulas es irregular para los compuestos que contienen hidrgeno. En el agua y el sulfuro de hidrgeno, se escribe pri- mero el H, en tanto que en los otros compuestos aparece al final. En general es muy senc:illo escribir las frmulas de los compuestos moleculares. As, el nombre trifluoruro de arsnico indica que hay un tomo de As y tres tomos de F en ca- da molcula y que la frmula molecular es AsF3. Observe que el orden de aparicin de los elementos en la frmula es el mismo que su nombre. Ejemplo 2.7 Nombre [os siguientes compuestos moleculares: a) SiCl4 y b) P40 IO. Estrategia Para los prefijos se hace referencia a la tabla 2.4. En a) hay slo un tomo de Si, as que no utilizamos e[ prefijo "mono". Solucin a) Debido a que hay cuatro tomos de cloro presentes, el compuesto es tetraclo- ruro de silicio. b) Hay cuatro tomos de fsforo y diez tomos de oxgeno presentes, de manera que el compuesto es decxido de tetrafsforo. Observe que se omite la "a" del prefijo "deca". Ejercicio de prctica Nombre los siguientes compuestos moleculares: a) NF3 y b) e120 7. Ejemplo 2.8 Escriba las frmulas qumicas para los siguientes compuestos moleculares: a) disulfuro de carbono y b) hexabromuro de disilicio. (contina) Problemas similares: 2.57cl, /1,11. 63 97. 64 tomos, molculas e iones Estrategia Aqu es necesario convertir los prefijos en nmeros de tomos (vea la tabla 2.4). Debido a que no existe prefijo para el carbono en a), esto significa que slo hay un tomo de carbono presente. Problemas similares: 2.59g), J1. Solucin a) Dado que hay un tomo de carbono y dos tomos de azufre presentes, la frmula es CS2. b) Hay dos tomos de silicio y seis tomos de bromo presentes, por lo que la frmula es Si2Br6' Ejercicio de prctica Escriba las frmulas qumicas para los siguientes compuestos mo- leculares: a) tetrafluoruro de azufre, b) pentxido de dinitrgeno. En la figura 2.14 se resumen los pasos para la nomenclatura de los compuestos inicos y de los compuestos moleculares binarios. cidos y bases Nomenclatura de cidos Un cido se describe como una sustancia que libera iones hidrgeno (H+) cuando se di- suelve en agua. (H+ es equivalente a un protn, y con frecuencia se nombra de esa forma.) Compuesto Inico 1I Catin: metlico o NH: Anin: monoatmico o poliatmico C,ti6, '"' ,,;] sola c31'ga :=JJ Cationes de metales alcalinos I Cationes de metales alcalinotrreos Ag+, AI3+, Cd2+, Zn2+ I II Nomenclatura Nombre primero el metal 'Si es un anin monoatmico, agregue el sufijo "-uro" a la raz del nombre del elemento Si es un anin poliatmico, utilice el nombre del anin (vea la tabla 2.3) Catin con ms de una carga Otros cationes metlicos I Nomenclatura Nombre primero el metal Especifique la carga del catin metlico mediante nmeros romanos entre parntesis Si es un anin monoatmico, agregue u-uro" a la raz del nombre del elemento Si es un anin poliatmico, utilice el nombre del anin (vea la tabla 2.3) 1 Molecular Compuestos binarios de no metales I Nomenclatura Use prefijos para ambos elementos presentes (el prefijo "mono-" por lo general se omite para el primer elemento que ap31'ece en la frmula) Agregue el sufijo "-uro" a la raz del nombre del segundo elemento Figura 2.14 Pasos para la nomenclatura de compuestos inicos y de compuestos moleculares binarios. http://libreria-universitaria.blogspot.com 98. 2.7 Nomenclatura de los compuestos 65 TABLA 2.5 Anin F- (fluoruro) Cl- (cloruro) Br- (bromuro) 1- (yoduro) CN- (cianuro) S2- (sulfuro) cido correspondiente HF (cido fluorhdrico) HC! (cido clorhdrico) HBr (cido bromhdrico) HI (cido yodhdrico) HCN (cido cianhdrico) H2S (cido sulfhdrico) Las frmulas de los cidos contienen uno o ms tomos de hidrgeno, as como un grupo aninico. Los aniones cuyo nombre termina en "uro" forman cidos cuyo nombre termina Observe que todos estos cidos se pre- sentan como compuestos moleculares en la fase gaseosa. Hel en "hdrico", como se muestra en la tabla 2.5. En algunos casos se pueden asignar dos nom- H30 + bres diferentes a la misma frmula qumica. HCl HCl cloruro de hidrgeno cido clorhdrico El nombre asignado al compuesto depende de su estado fsico. En estado gaseoso o en es- tado lquido puro, HCl es un compuesto molecular que recibe el nombre de cloruro de hi- drgeno. Cuando se encuentra disuelto en agua, sus molculas se separan en los iones H+ y Cl- ; en esta forma, la sustancia se llama cido clorhdrico. Los oxicidos son cidos que contienen hidrgeno, oxgeno y otro elemento (el elemen- to central). Las frmulas de los oxicidos generalmente se escriben con el H en primer lu- gar, seguido por el elemento central y al final el O, como se ilustra en los siguientes ejemplos: HN03 H2C03 H2S04 HCl03 cido ntrico cido carbnico cido sulfrico cido clrlco Con frecuencia dos o ms oxicidos tienen el mismo tomo central pero diferente n- mero de tomos de O. En relacin con los oxicidos cuyos nombres terminan en "-ico", se utilizan las siguientes reglas para nombrar estos compuestos: l. Al agregar un tomo de O al cido "-ico", el cido se llamar cido "pr...ico". As, la adicin de un tomo de a HCI03 cambia el nombre de cido clrico a cido percl- rico HCI04 . 2. Al quitar un tomo de O al cido "-ico", el cido se llama cido "-oso". As, el cido ntrico HN03se transforma en cido nitroso HN02. 3. Al quitar dos tomos de O del cido "ico", el cido se llama cido "hipo...oso". As, cuando HBr03se convierte en HBrO, el cido se llama cido hipobromoso. Las reglas para nombrar los oxianiones, que son los aniones de los oxicidos, son las si- guientes: l. Cuando se quitan todos los iones H del cido "-ico", el nombre del anin termina en "-ato". Por ejemplo, el anin CO~- , derivado de H2C03, se llama carbonato. 2. Cuando se quitan todos los iones H del cido "-oso", el nombre del anin termina en "-ita". As, el anin CIO;-, derivado de HCI02 se llama clorito. Cuando se disuelve en agua, la molcula de Hel se convierte en los iones H+ y el- . El ion H+ se asocia a una o ms molculas de agua, y por lo general se representa como H30 +. http://libreria-universitaria.blogspot.com 99. 66 tomos, molculas e iones Figura 2.15 Nomenclatura de oxicidos y oxianiones. Eliminacin de Oxicido Oxianin todos los iones H+ IL. cido per-v-ico ~I .I~ per-c-ato 11 1+[0] di~:~li~1.;.. :"" ::11 1:. cido v-oso =:]1 [[ . - t .. -ito !-[O] rGO--ito-COC'dompo-=-J1 .. _.. - 3. Los nombres de los aniones a los cuales se han quitado uno o ms iones hidrgeno, pe- ro no todos, deben indicar el nmero de iones H presentes. Por ejemplo, considere los aniones derivados del cido fosfrico: H3P04 H2POi HPO~- PO~- cido fosfrico dihidrgeno fosfato hidrgeno fosfato fosfato H3P04 Observe que por lo general se omite el prefijo "rnono-" cuando slo hay un H en el anin. La figura 2.15 resume la nomenclatura de los oxicidos y de los oxianiones, y en la tabla 2.6 se presentan los nombres de los oxicidos y los oxianiones que contienen cloro. En el ejemplo 2.9 se muestra la nomenclatura de un oxicido y un oxianin, Ejemplo 2.9 Nombre el siguiente oxicido y oxianin: a) H3P03, b) 10i. Problemas similares: 2.57h), 2.58c). Estrategia Para la nomenclatura del cido en a), primero se identifica el cido de referen- cia, cuyo nombre termina con "ico", como se muestra en Lafigura 2.15. En b) es necesario convertir eL anin al cido deL que se deriva mostrado en la tabLa 2.6. Solucin a) Se empieza con el cido de referencia, el cido fosfrico (H3P04). Como el H3P03 tiene un tomo de O menos, se llama cido fosforoso. b) El cido del que se deriva es Hl04. Debido a que el cido tiene un tomo de O ms que el cido de referencia, cido ydico (HI03), se llama cido perydico. En consecuencia, el anin derivado del Hl04 se llama peryodato. Ejercicio de prctica Nombre el siguiente oxicido y eL oxianin: a) HBrO y b) HSOi. 100. 2.7 Nomenclatura de los compuestos 67 TABLA 2.6 1~1111111 cido Anin RCI04 (cido perclrico) RCl03 (cido clrico) RCI02 (cido cloroso) RClO (cido hipocloroso) Nomenclatura de bases CIO'- (perclorato) CI03 (clorato) CIO;- (clorito) ClO- (hipoclorito) Una base se describe como una sustancia que libera iones hidrxido (On) cuando est di- suelta en agua. Algunos ejemplos son: NaOH KOH Ba(OHh hidrxido de sodio hidrxido de potasio hidrxido de bario El amoniaco (NH3) es un compuesto molecular en estado gaseoso o en estado de lqui- do puro; tambin se clasifica como base. A primera vista podra parecer una excepcin a la definicin de una base. Pero debe hacerse notar que lo que se requiere para que una sustan- cia se clasifique como base es que libere iones hidrxido cuando est disuelta en agua, y no es necesario que contenga iones hidrxido en su estructura. De hecho, cuando el amoniaco se disuelve en agua, el NH3 reacciona parcialmente con ella para formar iones NH! y OH- . Por esta razn se clasifica como base. Hidratos Los hidratos son compuestos que tienen un nmero especfico de molculas de agua uni- das a ellos. Por ejemplo, en su estado normal, cada unidad de sulfato de cobre(lI) tiene cin- co molculas de agua asociadas a l. El nombre sistemtico para este compuesto es sulfato de cobre(II) pentahidratado, y su frmula se escribe como CUS04 . 5H20. Las molculas de agua se pueden eliminar por calentamiento. Cuando esto ocurre, el compuesto resultante es CUS04, que suele llamarse sulfato de cobre(lI) anhidro; la palabra "anhidro" significa que el compuesto ya no tiene molculas de agua unidas a l (figura 2.16). Algunos otros hidra- tos son: BaCI2 2H20 LiClH20 MgS0 47H20 Sr(N03h .4H20 cloruro de bario dihidratado cloruro de litio monohidratado sulfato de magnesio heptahidratado nitrato de estroncio tetrahidratado Figura 2.16 El CuS04 . 5H20 (izquierda) es de color azul; el CuS04 (derecha) es de color blanco. 101. 68 tomos, molculas e iones TABLA 2.7 Frmula H20 NH3 CO2 NaCl N20 CaC03 CaO Ca(OH)z NaHC03 Na2C0310H20 MgS047H20 Mg(OH)z CaS042H20 Nombre comn Agua Amoniaco Hielo seco Sal de mesa Gas hilarante Mrmol, greda, piedra caliza Cal viva Cal apagada Polvo para hornear Sosa para lavar Sal de Epsom Leche de magnesia Yeso Compuestos inorgnicos comunes Nombre sistemtico Monxido de dihidrgeno Nitruro de trihidrgeno Dixido de carbono slido Cloruro de sodio Monxido de dinitrgeno Carbonato de calcio xido de calcio Hidrxido de calcio Hidrgeno carbonato de sodio Carbonato de sodio decahidratado Sulfato de magnesio heptahidratado Hidrxido de magnesio Sulfato de calcio dihidratado Algunos compuestos se conocen ms por sus nombres comunes que por sus nombres qu- micos sistemticos. En la tabla 2.7 se muestran algunos ejemplos. 2.8 Introduccin a los compuestos orgnicos Los hidrocarburos constituyen el tipo ms sencillo de compuestos orgnicos; contienen s- lo tomos de carbono e hidrgeno. Los hidrocarburos se utilizan como combustibles para la calefaccin domstica e industrial, para generar electricidad y suministrar energa a mo- tores de combustin, y como materia prima para la industria qumica. Una clase de hidro- carburos se denominan alcanos. La tabla 2.8 muestra los nombres, frmulas y modelos moleculares para los primeros diez alcanos de cadena lineal, es decir, cadenas que no tie- nen ramificaciones. Observe que todos los nombres tienen la terminacin -ano. A partir del compuesto de frmula CSHI2, se utilizan los prefijos griegos de la tabla 2.4 para indicar el nmero de tomos de carbono presentes. La qumica de los compuestos orgnicos est determinada en gran parte por los grupos funcionales, los cuales constan de uno o varios tomos enlazados de forma especfica. Por ejemplo, cuando un grupo hidroxilo (- OH), un grupo amino (-NH2) Y un grupo carboxilo (-COOH) reemplazan a un tomo de H en el metano, se generan las siguientes molculas: H H H O 1 1 1 11 H-C-OH 1 H-C-NH 1 2 H- C- C-OH 1 H H H Metanol Metilamina cido actico Las propiedades qumicas de estas molculas se pueden predecir con base en la reactividad de los grupos funcionales. Aunque no se estudiar la nomenclatura de las principales clases de compuestos orgnicos y sus propiedades en trminos de los grupos funcionales sino hasta el captulo 24, se utilizarn con frecuencia ciertos compuestos orgnicos como ejemplos para ilustrar los enlaces qumicos, las reacciones cido-base y otras propiedades a lo largo del libro. 102. TABLA 2.8 Nombre Frmula Modelo molecular Metano Etano Propano Butano Pentano Hexano Heptano Octano Nonano Decano Resumen de datos y conceptos 1. La qumica moderna empez con la teora atmica de Dalton, que establece que toda la materia est compuesta por partculas pequeas e indivisibles llamadas tomos; que todos los tomos del mismo elemento son idnti- cos; que los compuestos contienen tomos de diferentes elementos combinados en proporcin de nmeros enteros, y que los tomos no se crean ni se destruyen durante las reacciones qumicas (ley de la conservacin de la masa). Resumen de datos y conceptos 69 2. Los tomos de los elementos que constituyen un com- puesto en particular siempre se combinan en la misma proporcin en masa (ley de las proporciones definidas). Cuando dos elementos se combinan para formar ms de un compuesto, la masa del elemento que se combina con una cantidad fija de masa del otro elemento siempre es una relacin de nmeros enteros pequeos (ley de las proporciones mltiples). 103. 70 tomos, molculas e iones 3. Un tomo est constituido por un ncleo central muy den- so, que contiene protones y neutrones, y por electrones que se mueven alrededor del ncleo a una distancia relati- vamente grande. 4. Los protones estn cargados positivamente, los neutrones no tienen carga y los electrones estn cargados negativa- mente. Los protones y neutrones tienen casi la misma ma- sa, que es alrededor de 1 840 veces mayor que la masa de un electrn. 5. El nniero atmico de un elemento es el nmero de proto- nes presentes en el ncleo de un tomo de ese elemento; determina su identidad. El nmero de masa es la suma del nmero de protones y de neutrones presentes en el ncleo. 6. Los istopos son tomos de un mismo elemento, con el mismo nmero de protones pero diferente nmero de neu- trones. 7. En las frmulas qumicas se combinan los smbolos de los elementos que las forman, utilizando como subndices n- Palabras clave cido, p. 64 Altropo, p. 54 Anin, p. 53 tomo, p. 43 Base, p. 67 Catin, p. 53 Compuesto binario, p. 59 Compuesto inico, p. 53 Compuesto orgnico, p. 59 Compuesto ternario, p. 59 Compuestos inorgnicos, p. 59 Electrn, p. 44 Familias, p. 50 Frmula emprica, p. 56 Frmula estructural, p. 55 Frmula molecular, p. 54 Frmula quntica, p. 54 Gases nobles, p. 51 Grupos, p. 50 Halgenos, p. 51 Hidrato, p. 67 Ion, p.53 Ion monoatntico, p. 54 Ion poliatmico, p. 54 Istopo, p. 49 Ley de la conservacin de la masa, p. 43 Preguntas y problemas Estructura del tomo Preguntas de repaso 2.1 Defina los siguientes trminos: a) partcula a , b) par- tcula f3 , e) rayo y, el) rayos X. 2.2 Nombre los tipos de radiacin que se conocen, que emi- ten los elementos radiactivos. 2.3 Compare las propiedades de las siguientes partculas: partculas a, rayos catdicos, protones, neutrones y electrones. 2.4 Cul es el significado del trmino "partcula ele- mental"? 2.5 Describa la contribucin de cada uno de los siguientes cientficos al conocimiento actual de la estructura atmi- meros enteros para indicar el tipo y nmero de tomos contenidos en la unidad ms pequea de un compuesto. 8. La frmula molecular indica el nmero y tipo especfico de tomos combinados en cada molcula de un compues- to. La frmula emprica muestra la relacin ms sencilla de los tomos que forman una molcula. 9. Los compuestos qumicos pueden ser compuestos mo- leculares (en los que la unidad ms pequea son molcu- las individuales discretas) o bien compuestos inicos, constituidos por cationes y aniones. 10. Los nombres de muchos compuestos inorgnicos se dedu- cen a partir de algunas reglas sencillas. Las frmulas se pueden escribir a partir de los nombres de los compues- tos. 11. Los compuestos orgnicos contienen carbono y elementos como hidrgeno, oxgeno y nitrgeno. Los hidrocarburos son el tipo ms sencillo de compuestos orgnicos. Ley de las proporciones definidas, p. 43 Ley de las proporciones mltiples, p. 43 Metal, p. 50 Metales alcalinos, p. 51 Metales alcalinotrreos, p. 51 Metaloide, p. 50 Molcula, p. 53 Molcula diatntica, p. 53 Molcula poliatntica, p. 53 Neutrn, p. 48 No metal, p. 50 Ncleo, p. 47 Nmero atmico (2), p. 49 Nmero de masa (A), p. 49 Oxicido, p. 65 Oxianin, p. 65 Partculas alfa (a), p. 46 Partculas beta (f3 ), p. 46 Periodos, p. 50 Protn, p. 47 Radiacin, p. 43 Radiactividad, p. 46 Rayos alfa (a), p. 46 Rayos beta (f3), p. 46 Rayos gamma (y), p. 46 Tabla peridica, p. 50 ca: J. J. Thomson, R. A. Millikan, Ernest Rutherford y James Chadwick. 2.6 Describa el experimento en el que se bas la idea de que el ncleo ocupa una fraccin muy pequea del volumen total del tomo. Problemas 2.7 El dimetro de un tomo neutro de helio es alrededor de 1 X 102 pm. Suponga que se pudieran alinear los tomos de helio de forma que tuvieran contacto unos con otros. Aproximadamente, cuntos tomos se necesitaran pa- ra cubrir una distancia de 1 cm? 2.8 En trminos generales, el radio de un tomo es aproxi- madamente 10 000 veces mayor que su ncleo. Si un to- mo pudiera amplificarse de manera que el radio de su n- 104. cleo midiera 2.0 cm, casi el tamao de una canica, cul sera el radio del tomo en millas? (1 mi = 1 609 m). Nmero atmico, nmero de masa e istopos Preguntas de repaso 2.9 Con el istopo de helio-4 defina nmero atmico y n- mero de masa. Por qu el conocimiento del nmero atmico permite deducir el nmero de electrones pre- sentes en un tomo? 2.10 Por qu todos los tomos de un elemento tienen el mis- mo nmero atmico, a pesar de que pueden tener dife- rente nmero de masa? 2.11 Cmo se llaman los tomos del mismo elemento pero con diferente nmero de masa? 2.12 Explique el significado de cada uno de los trminos en el smbolo ~X. Problemas 2.13 Cul es el nmero de masa de un tomo de hierro que tiene 28 neutrones? 2.14 Calcule el nmero de neutrones de 239pU. 2.15 Para cada una de las siguientes especies, determine el nmero de protones y el nmero de neutrones en el n- cleo: ~He, iHe, TiMg, T~Mg, i~Ti, jBr, 1~~Pt 2.16 Indique el nmero de protones, neutrones y electrones en cada una de las siguientes especies: l~N, nS, ~Cu, ~Sr, l ~gBa, l~~W, 2gHg 2.17 Escriba el smbolo adecuado para cada uno de los si- guientes istopos: a) Z = 11, A = 23; b) Z = 28, A = 64. 2.18 Escriba el smbolo adecuado para cada uno de los si- guientes istopos: a) Z = 74, A = 186; b) Z = 80, A = 201. La tabla peridica Preguntas de repaso 2.19 Qu es la tabla peridica y cul es su importancia en el estudio de la qumica? 2.20 Mencione dos diferencias entre un metal y un no metal. 2.21 Escriba los nombres y smbolos de cuatro elementos de cada una de las siguientes categoras: a) no metal, b) metal y e) metaloide. 2.22 Defina con dos ejemplos los siguientes trminos: a) me- tales alcalinos, b) metales alcalinotrreos, e) halgenos, d) gases nobles. Problemas 2.23 Los elementos cuyos nombres tienen la terminacin io, generalmente son metales; por ejemplo, el sodio. Identi- fique un no metal cuyo nombre tambin termine con io. 2.24 Describa los cambios en las propiedades (de metales a no metales o bien de no metales a metales) segn se ana- Preguntas y problemas 71 liza: a) un grupo peridico hacia abajo y b) a lo largo de la tabla peridica (horizontalmente). 2.25 Con la ayuda de un manual de propiedades qumicas y fsicas (pregunte a su profesor por un manual) encuen- tre: a) dos metales menos densos que el agua, b) dos me- tales ms densos que el mercurio, e) el elemento slido metlico ms denso que se conoce, d) el elemento sli- do no metlico, conocido, con mayor densidad. 2.26 Agrupe los siguientes elementos por pares, segn sus propiedades qumicas semejantes: K, F, P, Na, Cl y N. Molculas e iones Preguntas de repaso 2.27 Cul es la diferencia entre un tomo y una molcula? 2.28 Qu son altropos? D un ejemplo. Cul es la diferen- cia entre altropos e istopos? . 2.29 Describa los dos tipos de modelos moleculares de em- pleo comn. 2.30 Proporcione un ejemplo para: a) un catin monoatmi- co, b) un anin monoatmico, e) un catin poliatmico, d) un anin poliatmico. Problemas 2.31 Cul de los siguientes diagramas representa molculas diatmicas, molculas poliatmicas, molculas que no son compuestos, molculas que son compuestos, o una forma elemental de la sustancia? a) b) e) 2.32 Cul de los siguientes diagramas representa molculas diatmicas, molculas poliatmicas, molculas que no son compuestos, molculas que son compuestos, o una forma elemental de la sustancia? a) b) e) 105. 72 tomos, molculas e iones 2.33 Identifique como elementos o compuestos: NH3, N2, Ss, NO, ca, CO2, Hz, S02' 2.34 D dos ejemplos para cada uno de los siguientes incisos: a) una molcula diatmica que contenga tomos del mismo elemento, b) una molcula diatmica que con- tenga tomos de diferentes elementos, c) una molcula poliatmica que contenga tomos del mismo elemento, d) una molcula poliatmica que contenga tomos de di- ferentes elementos. 2.35 Indique el nmero de protones y electrones de cada uno de los siguientes iones comunes: Na+, Ca2+, AI3+, Fe2+, 1- , F- , S2- , 0 2- y N3- . 2.36 Indique el nmero de protones y electrones de cada uno de los siguientes iones comunes: K+, Mg2+, Fe3+, Br- , Mn2+, C4- , Cu2+. Frmulas qumicas Preguntas de repaso 2.37 Qu representa una frmula qumica? Cul es la pro- porcin de los tomos en las siguientes frmulas mo- leculares? a) NO, b) NCI3, c) N20 4, d) P40 6. 2.38 Defina frmula molecular y frmula emprica. Cules son las semejanzas y diferencias entre las frmulas em- prica y molecular de un compuesto? 2.39 Proporcione un ejemplo de un caso en el cual dos mo- lculas tengan diferente frmula molecular pero igual frmula emprica. 2.40 Qu significa P4? Cul es la diferencia con 4P? 2.41 Qu es un compuesto inico? Cmo se mantiene la neutralidad elctrica en un compuesto inico? 2.42 Explique por qu las frmulas qumicas de los compues- tos inicos por lo general son iguales que sus frmulas empricas. Problemas 2.43 Escriba las frmulas de los siguientes compuestos ini- cos: a) xido de sodio, b) sulfuro de hierro (que conten- ga el ion Fe2+), c) sulfato de cobalto (que contenga los iones Co3+ y SO~- ) y d) fluoruro de bario. (Sugerencia: Vea la figura 2.11.) 2.44 Escriba las frmulas de los siguientes compuestos ini- cos: a) bromuro de cobre (que contenga el ion Cu+), b) xido de manganeso (que contenga el ion Mn3+), c) yo- duro de mercurio (que contenga el ion Hg~ +) y d) fos- fato de magnesio (que contenga el ion PO~-). (Sugeren- cia: Vea la figura 2.11.) 2.45 Cul es la frmula emprica de cada uno de los siguien- tes compuestos? a) C2N2, b) C6H6, c) C9H20, d) P40 lO, e) B2H6' 2.46 Cul es la frmula emprica de cada uno de los siguien- tes compuestos? a) A12Br6, b) Na2S20 4, c) N20 S, d) K2Cr20 7 2.47 Indique la frmula molecular de la glicina, un aminoci- do presente en las protenas. El cdigo de los colores es: negro (carbono), azul (nitrgeno), rojo (oxgeno) y gris (hidrgeno). 2.48 Indique la frmula molecular del etanol. El cdigo de los colores es: negro (carbono), rojo (oxgeno) y gris (hi- drgeno). 2.49 Cules de los siguientes compuestos son inicos? Cules sern moleculares? SiCI4,LiF, BaCI2, B2H6, KCI, C2H4. 2.50 Cules de los siguientes compuestos son inicos? Cules sern moleculares? CH4, NaBr, BaF2, CCI4, ICI, CsCI, NF3. Nomenclatura de compuestos inorgnicos Preguntas de repaso 2.51 Cul es la diferencia entre compuestos inorgnicos y compuestos orgnicos? 2.52 Cules son las cuatro principales categoras de los compuestos inorgnicos? 2.53 D un ejemplo de un compuesto binario y un ejemplo de un compuesto ternario. 2.54 Cul es el sistema de Stock? Qu ventajas tiene sobre el sistema antiguo para nombrar los cationes? 2.55 Explique por qu la frmula HCl puede representar dos diferentes sistemas qumicos. 2.56 Defina los siguientes trminos: cidos, bases, oxicidos, oxianiones e hidratos. Problemas 2.57 Nombre los siguientes compuestos: a) KH2P04, b) K2HP04, c) HBr (gaseoso), d) HBr (acuoso), e) Li2C03,j) K2Cr20 7, g) NH4N02, h) HI03, i) PFs, j) P40 6, k) CdI2, l) SrS04, m) AI(OH);. 2.58 Nombre los siguientes compuestos: a) KCIO, b) Ag2C0 3, c) HN02, d) KMn04, e) CsCI03, j) KNH4S04, g) FeO, h) Fe20 3, i) TiCl4,j) NaH, k) Li3N, l) Na20, m) Na20 2. 106. tomo o ion del elemento A B e D E F G Nmero de electrones 5 10 18 28 36 5 9 Nmero de protones 5 7 19 30 35 5 9 2.78 Nmero de neutrones 5 7 20 36 46 6 10 2.59 Escriba las frmulas de los siguientes compuestos: a) ni- trito de rubidio, b) sulfuro de potasio, e) hidrgeno sul- furo de sodio, d) fosfato de magnesio, e) hidrgeno fos- fato de calcio, /) di hidrgeno fosfato de potasio, g) heptafluoruro de yodo, h) sulfato de amonio, i) perclora- to de plata, j) tricloruro de boro. 2.60 Escriba las frmulas de los siguientes compuestos: a) cianuro de cobre(l), b) clorito de estroncio, e) cido per- brmico, d) cido yodhdrico, e) fosfato de disodio y amonio, /) carbonato de plomo(I1), g) fluoruro de esta- o(II), h) decasulfuro de tetrafsforo, i) xido de mercu- rio(I1), j) yoduro de mercurio(l), k) hexafluoruro de se- lenio. Problemas adicionales 2.61 Se encontr que una muestra de un compuesto de uranio pierde masa en forma gradual. Explique qu le est su- cediendo a dicha muestra. 2.62 En cul de los siguientes pares son ms parecidas las dos especies en cuanto a propiedades qumicas? Expli- que. a) lH y :H+, b) ljN Y ljN3-, e) I~C y l~c. 2.63 Un istopo de un elemento metlico tiene un nmero de masa de 65 y tiene 35 neutrones en su ncleo. El catin derivado de dicho istopo tiene 28 electrones. Escriba el smbolo de este catin. 2.64 Un istopo de un elemento no metlico tiene un nmero de masa de 127 y tiene 74 neutrones en su ncleo. El anin derivado de dicho istopo tiene 54 electrones. Es- criba el smbolo de este anin. 2.65 En la siguiente tabla se indica el nmero de electrones, protones y neutrones de los tomos o iones de algunos elementos. Conteste lo siguiente: a) Cules de las espe- cies son neutras? b) Cules estn cargadas negativa- mente? e) Cules tienen carga positiva? d) Cules son los smbolos convencionales de todas las especies? 2.66 Qu resulta errneo o ambiguo en el enunciado "cuatro molculas de NaCl"? 2.67 Se conocen los siguientes sulfuros de fsforo: P4S3, P4S7 y P4SIO. Estos compuestos obedecen la ley de las pro- porciones mltiples? 2.68 Cules de las siguientes especies son elementos, cules son molculas pero no compuestos, cules son com- puestos pero no molculas, y cules son compuestos y molculas? a) S02, b) S8, e) Cs, d) N205, e) O,/) 02, g) 03, h) CH4, i) KBr,j) S, k) P4, 1) LiF. 2.69 Qu resulta errneo con respecto al nombre (entre pa- rntesis) de cada uno de los siguientes compuestos: a) BaCl2 (di cloruro de bario) b) Fe203 [xido de hie- Preguntas y problemas 73 rro(II)], e) CsN02 (nitrato de cesio), d) Mg(HC03)2 [bi- carbonato de magnesio(II)]? 2.70 Qu resulta errneo con respecto a la frmula qumica de los siguientes compuestos: a) (NH3)2C03 (carbonato de amonio), b) CaOH (hidrxido de calcio), e) CdS03 (sulfuro de cadmio), d) ZnCr04 (dicromato de zinc)? 2.71 Complete los espacios en blanco de la siguiente tabla: Smbolo ~Fe2+ Protones 5 79 86 Neutrones 6 16 117 136 Electrones 5 18 79 Carga neta -3 O 2.72 a) Cules elementos forman ms fcilmente compues- tos inicos? b) Cules elementos metlicos es ms pro- bable que formen cationes con diferentes cargas? 2.73 Escriba la frmula del ion ms comn que se deriva de cada una de las siguientes especies: a) Li, b) S, e) 1, d) N, e) Al,/) Cs, g) Mg. 2.74 Cul de los siguientes smbolos proporciona mayor in- formacin del tomo: 23Na o llNa? Explique. 2.75 Escriba las frmulas qumicas y los nombres de los ci- dos que forman los elementos del grupo 7A. Haga lo mismo para los elementos de los grupos 3A, 4A, 5A y 6A. 2.76 De los 114 elementos que se conocen slo dos son lqui- dos a temperatura ambiente (25C). Cules son? (Suge- rencia: Uno de ellos es un metal muy conocido y el otro es un elemento del grupo 7A.) 2.77 Considere los gases nobles (los elementos del grupo 8A): iHe, i8Ne, i~Ar, ~Kr y lUXe, a) determine el n- mero de protones y neutrones en el ncleo de cada to- mo, y b) determine la proporcin entre neutrones y pro- tones en el ncleo de cada tomo. Describa si se observa alguna tendencia general en relacin con los cambios en esta proporcin segn aumenta el nmero atmico. Elabore una lista de los elementos que existen como ga- ses a temperatura ambiente. (Sugerencia: Estos elemen- tos se localizan en los grupos 5A, 6A, 7A Y 8A.) 2.79 Los metales del grupo lB: Cu, Ag y Au, reciben el nom- bre de metales de acuar. Cules de sus propiedades qumicas explican su eleccin para la acuacin de mo- nedas y para la fabricacin de joyas? 2.80 Los elementos del grupo 8A de la tabla peridica reci- ben el nombre de gases nobles. Sugiera un significado para la palabra "noble" al referirse a estos gases. 2.81 La frmula del xido de calcio es CaO. Cules son las frmulas del xido de magnesio y del xido de es- troncio? 2.82 Un mineral comn del bario es la barita, o sulfato de ba- rio (BaS04)' Debido a que los elementos de un mismo grupo presentan propiedades qumicas semejantes se es- perara encontrar algo de sulfato de radio (RaS04) rnez- 107. 74 tomos, molculas e iones cJado con la barita, ya que el radio es el ltimo elemen- to del grupo 2A. Sin embargo, la nica fuente de com- puestos de radio en la naturaleza se encuentra en los mi- nerales de uranio. Por qu? 2.83 Elabore una lista con cinco elementos para cada uno de los siguientes casos: a) sus nombres se derivan de nom- bres de lugares, b) sus nombres se derivan de nombres de personas, e) sus nombres se derivan de los colores. (Sugerencia: Vea el apndice 1.) 2.84 Diga cul es el nico pas que debe su nombre a un ele- mento. (Sugerencia: Es un pas de Amrica del Sur.) 2.85 El flor reacciona con hidrgeno (H) y con deuterio (D) para formar f1uoruro de hidrgeno (HF) y f1uoruro de deuterio (DF), en donde el deuterio (iH) es un istopo del hidrgeno. Determinada cantidad de f1or reaccio- nara con diferentes masas de los dos istopos del hidr- geno? Esto representa una violacin a la ley de las pro- porciones definidas? Explique. 2.86 Prediga la frmula y el nombre del compuesto binario que se forma entre los siguientes elementos: a) Na e H, b) B YO, e) Na y S, d) Al YF, e) F y O,j) Sr y CI. 2.87 Identifique cada uno de los siguientes elementos: a) un halgeno cuyo anin contiene 36 electrones, b) un gas noble radiactivo que contiene 86 protones, e) un elemen- to del grupo 6A cuyo anin contiene 36 electrones, d) un catin de un metal alcalino que contiene 36 electrones, e) un catin del grupo 4A que contiene 80 electrones. 2.88 Escriba las frmulas moleculares y los nombres de los siguientes compuestos: 2.89 Muestre la ubicacin de: a) los metales alcalinos, b) me- tales alcalinotrreos, e) halgenos y d) gases nobles en el siguiente esquema de tabla peridica. Tambin dibuje las lneas divisorias entre metales y metaloides, y entre metaloides y no metales. 1A 8A~ - - 1A 3A 4A 5A 6A 7A - - 2.90 Llene los espacios en blanco de la siguiente tabla. Catin Anin Frmula Nombre Bicarbonato de magnesio SrCl2 Fe3+ NO; Clorato de manganeso(I1) SnBr4 Co2+ PO~- Hg~+ r- CU2C03 Nitruro de litio A13+ S2- 2.91 Algunos compuestos se conocen ms por sus nombres comunes que por sus nombres qumicos sistemticos. D las frmulas qumicas de las siguientes sustancias: a) hielo seco, b) sal de mesa, e) gas hilarante, d) mrmol (greda, piedra caliza), e) cal viva,j) cal apagada, g) pol- vo para hornear, 11) sosa para lavar, i) yeso, j) leche de magnesia. Problemas especiales 2.92 En la pgina 43 se seal que la masa y la energa son aspectos alternos de una sola entidad denominada ma- sa-energa. La relacin entre estas dos cantidades fsi- cas est representada por la famosa ecuacin de Eins- tein, E = me", donde E es energa, m es masa y e es la velocidad de la luz. En un experimento de combus- tin, se encontr que 12.096 g de molculas de hidr- geno combinadas con 96.000 g de molculas de ox- geno forman agua y liberan 1.715 X 103kJ de calor. Calcule el cambio de masa correspondiente en este proceso e indique si la ley de la conservacin de la masa se aplica para procesos qumicos ordinarios. (Suge- rencia: La ecuacin de Einstein se puede utilizar para calcular el cambio en la masa como resultado del cambio en la energa. 1 J = 1 kg m2 /s2 y e = 3.00 X lOs mis.) 2.93 Dibuje todas las frmulas estructurales posibles para los siguientes hidrocarburos: CH4, C2H6, C3HS' C4HO Y C5H12 2.94 a) Describa el experimento de Rutherford y explique c- mo se deriv de l la estructura del tomo. Cmo pudo calcular el nmero de protones en un ncleo a partir de la dispersin de las partculas a? b) Considere el tomo 23Na. http://libreria-universitaria.blogspot.com 108. Dado que el radio y la masa del ncleo son 3.04 X lO- IS m y 3.82 X 10- 23 g, respectivamente, calcule la densidad del ncleo en g/cm3. El radio de un tomo de 23Na es 186 pm. Calcule la densidad del espacio ocupado por los electrones en el tomo de sodio. Sus resultados apoyan al model de Rutherford del tomo? [El volumen de una esfera de radio res (4/3)1Tr3 .] 2.95 Dibuje dos frmulas estructurales diferentes con base en la frmula molecular C2H60. Se puede obtener ms de un compuesto con la misma frmula molecular basada en la teora atmica de Dalton? 2.96 El etano y el acetileno son dos hidrocarburos gaseosos. Los anlisis qumicos sealan que en una muestra de eta- no, 2.65 g de carbono se combinan con 0.665 g de hidr- geno, y en una muestra de acetileno, 4.56 g de carbono se combinan con 0.383 g de hidrgeno. a) Estos resul- tados estn de acuerdo con la ley de las proporciones mltiples? b) Escriba frmulas moleculares lgicas para dichos compuestos. 2.97 Un cubo de platino (Pt) tiene un borde con una longitud de 1.0 cm. a) Calcule el nmero de tomos de Pt en el cu- bo. b) Los tomos tienen forma esfrica. Por lo tanto, los tomos de Pt en el cubo no podrn llenar todo el espacio disponible. Si slo 74% del espacio al interior del cubo est ocupado por tomos de Pt, calcule el radio en pico- metros de un tomo de Pt. La densidad del Pt es 2l.45 g/cm3y la masa de un solo tomo de Pt es 3.240 X 10-22 g. [El volumen de una esfera de radio r es (4/3) 1Tr3 .] 2.98 Un ion monoatmico tiene una carga de +2. El ncleo del tomo del que se deriva tiene un nmero de masa de 55. Si el nmero de neutrones en el ncleo es l.2 veces el nmero de protones, cul ser el nombre y smbolo del elemento? 2.99 En el siguiente crucigrama 2 X 2, cada letra debe ser correcta en cuatro formas: en el recuadro mismo, hori- zontal, vertical y diagonal. Cuando se solucione el pro- blema, los cuatro espacios inferiores contendrn los Respuestas a los ejercicios de prctica 2.1 29 protones, 34 neutrones y 29 electrones. 2.2 CHCI3. 2.3 C4HsN20. 2.4 a) Cr2(S04h, b) Ti02. 2.5 a) xido de plomo(I1), b) sulfito de litio. 2.6 a) Rb2S04, b) BaH2. 2.7 a) Respuestas a los ejercicios de prctica 75 smbolos superpuestos de 10 elementos. Utilice letras maysculas en cada recuadro. Slo hay una solucin co- rrecta.* 1 2 3 4 Horizontal 1-2: Smbolo de dos letras de un metal utilizado en tiempos antiguos 3-4: Smbolo de dos letras de un metal que entra en combus- tin con el aire y se encuentra en el grupo 5A Vertical 1-3: Smbolo de dos letras para un metaloide 2-4: Smbolo de dos letras para un metal del que se compo- nen las monedas estadounidenses Recuadros individuales 1: Un no metal colorido 2: Un no metal gaseoso incoloro 3: Un elemento que colorea de verde los fuegos artificiales 4: Un elemento que tiene usos medicinales Diagonal 1-4: Smbolo de dos letras de un elemento que se utiliza en la electrnica 2-3: Smbolo de dos letras para un metal utilizado con el Zr en la fabricacin de alambres para imanes de supercon- duccin 2.100 D el nombre de los siguientes cidos: Trifluoruro de nitrgeno, b) heptxido de dicloro. 2.8 a) SF4, b) N20 S' 2.9 a) cido hipobromoso, b) ion hidrgeno sulfato. ':' Reproducido con la autorizacin de S. J. Cyvin de University of Trondheim (Noruega). Este crucigrama apareci en Chemical & Engineering News, el 14 de diciembre de 1987 (p. 86) Yen Chem Matters, octubre de 1988. 109. Azufre en combustin con el ox- geno para formar dixido de azufre. Cada ao, alrededor de 50 millones de toneladas de S02 se liberan a la atmsfera. Los modelos muestran molculas de azufre elemental (Sa), de oxgeno y de dixido de azufre. Relaciones de masa en las reacciones qumicas 3.1 Masa atmica 3.6 Determinacin experimental de frmulas empricas 3.2 Nmero de Avogadro y masa molar de un elemento 3.7 Reacciones qumicas y ecuaciones qumicas 3.3 Masa molecular 3.8 Cantidades de reactivos y productos 3.4 El espectrmetro de masas 3.9 Reactivos limitantes 3.5 Composicin porcentual de los compuestos 3.10 Rendimiento de reaccin 110. AVANCE DEL CAPTULO Se iniciar este captulo con el estudio de la masa de un tomo, la cual se basa en la escala del istopo de carbono-12. A un tomo del istopo de carbono-12 se le asigna una masa de exac- tamente 12 unidades de masa atmica (uma). A fin de trabajar con la escala ms conveniente, que es la de gramos, se utiliza la masa molar. La masa molar del carbono-12 tiene una masa de exactamente 12 gramos y contiene el nmero de Avogadro (6.022 X 1023 ) de tomos. Las ma- sas moleculares de otros elementos tambin se expresan en gramos y contienen el mismo n- mero de tomos. (3.1 y 3.2) El anlisis de la masa atmica se relaciona con la masa molecular, la cual es la suma de las ma- sas de los tomos presentes. Se sabe que la forma ms directa de determinar la masa atmica y molecular es mediante el uso de un espectrmetro de masas. (3.3 y 3.4) Para continuar con el estudio de las molculas y compuestos inicos, se aprender a calcular la composicin porcentual de estas especies a partir de sus frmulas qumicas. (3.5) Se estudiar cmo se determinan, mediante experimentacin, las frmulas emprica y molecu- lar de un compuesto. (3.6) Despus se aprender a escribir una ecuacin qumica para describir el resultado de una reac- cin qumica. Una ecuacin qumica se debe balancear de manera que se pueda tener el mismo nmero y clase de tomos para los reactivos, las materias primas y los productos, y para las sus- tancias formadas al final de la reaccin. (3.7) Con base en el conocimiento adquirido de las ecuaciones qumicas, se continuar con el estu- dio de las relaciones de masa de las reacciones qumicas. Una ecuacin qumica permite el uso del mtodo del mol para predecir la cantidad de producto(s) formado, una vez conocida la can- tidad de reactivo(s) utilizado. Se observar que el rendimiento de una reaccin depende de la cantidad del reactivo Iimitante (el reactivo que se consume primero) presente. (3.8 y 3.9) Se aprender que el rendimiento real de una reaccin es casi siempre menor que el pronostica- do a partir de la ecuacin, conocido como rendimiento terico, debido a diversas complicacio- nes. (3.10) En este captulo se estudiarn las masas de los tomos y de las molculas y lo que les OCUlTe cuan- do se realizan cambios qumicos. El anlisis se basar en la ley de la conservacin de la masa. 77 111. 78 Relaciones de masa en las reacciones qumicas En la seccin 3.4 se describe un mtodo para determinar la masa atmica. la unidad de masa atmica tambin reci- be el nombre de un dallon. 6 e 12.01 13C l.lO% Nmero atmico Masa atmica Abundancias naturales de los istopos C-12 y C-13. 3.1 Masa atmica En este captulo se utilizar lo aprendido acerca de la estructura y las frmulas qumicas pa- ra estudiar las relaciones de masa de los tomos y las molculas. Estas relaciones ayudarn a su vez a explicar la composicin de los compuestos y la manera como se efectan los cam- bios de composicin. La masa de un tomo depende del nmero de electrones, protones y neutrones que con- tiene. El conocimiento de la masa de un tomo es importante para el trabajo en ellaborato- rio. Sin embargo, los tomos son partculas extremadamente pequeas incluso la partcula ms pequea de polvo que puede apreciarse a simple vista contiene 1 X 1016 tomos! Ob- viamente no es posible pesar un solo tomo, pero existen mtodos experimentales para de- terminar su masa en relacin con la de otro. El primer paso consiste en asignar un valor a la masa de un tomo de un elemento determinado para utilizarlo como referencia. Por acuerdo internacional, la masa atmica (algunas veces conocida como peso atmi- co) es la masa de un tomo, en unidades de masa atmica (uma). Una unidad de masa at- mica se define como una masa exactamente igual a un doceavo de la masa de un tomo de carbono-12. El carbono-12 es el istopo del carbono que tiene seis protones y seis neutro- nes. Al fijar la masa del carbono-12 como 12 urna, se tiene el tomo que se utiliza como referencia para medir la masa atmica de los dems elementos. Por ejemplo, ciertos expe- rimentos han demostrado que, en promedio, un tomo de hidrgeno tiene slo 8.400% de la masa del tomo de carbono-12. De modo que si la masa de un tomo de carbono-12 es exactamente 12 urna, la masa atmica del hidrgeno debe ser 0.084 X 12.00 urna, es decir, 1.008 urna. Con clculos semejantes se demuestra que la masa atmica del oxgeno es 16.00 uma y que la del hierro es 55.85 uma. Aunque no se conoce la masa promedio de un tomo de hierro, se sabe que es alrededor de 56 veces mayor que la masa de un tomo de hidr- geno. Masa atmica promedio Cuando se busca la masa atmica del carbono en una tabla peridica, como la que aparece en la cubierta interior de este libro, se encontrar que su valor no es 12.00 uma, sino 12.01 uma. La razn de esta diferencia es que la mayor parte de los elementos de origen natural (incluido el carbono) tienen ms de un istopo. Esto significa que al medir la masa atmi- ca de un elemento, por lo general se debe establecer la masa promedio de la mezcla natural de los istopos. Por ejemplo, la abundancia natural del carbono-12 y del carbono-13 es de 98.90% y l.1O%, respectivamente. Se ha detelminado que la masa atmica del carbono-13 es 13.00335 uma. As, la masa atmica promedio del carbono se calcula como sigue: masa atmica promedio del carbono natural = (0.9890)(12.00000 urna) + 0.0110)(13.00335 urna) = 12.01 uma Obsrvese que en clculos que incluyen porcentajes es necesario convertir los porcentajes a fracciones. Por ejemplo, 98.90% se transforma en 98.90/100 o 0.9890. Debido a que en el carbono natural hay muchos ms tomos de carbono-12 que de carbono-13, la masa at- mica promedio se acerca ms a 12 uma que a 13 uma. Es importante entender que cuando se dice que la masa atmica del carbono es de 12.01 uma, se hace referencia a un valor promedio. Si los tomos de carbono se pudieran examinar en forma individual, se encontraran tomos con masa atmica de 12.00000 o bien de 13.00335 uma, pero ninguno de 12.01 uma. El siguiente ejemplo muestra la forma en que se calcula la masa atmica promedio de un elemento. 112. 3.2 Nmero de Avogadro y masa molar de un elemento 79 Ejemplo 3.1 El cobre, un metal conocido desde pocas remotas, se utiliza en cables elctricos y en mone- das, entre otras cosas. Las masas atmicas de sus dos istopos estables, ~~Cu (69.09%) Y~Cu (30.91 %) son 62.93 urna y 64.9278 urna, respectivamente. Calcule la masa atmica promedio del cobre. Los porcentajes entre parntesis indican sus abundancias relativas. Estrategia Cada istopo contribuye a la masa atmica del cobre de acuerdo con su abundan- cia natural. Si se multiplica la masa de un istopo por su abundancia fraccional (no porcen- tual), se obtiene la contribucin a la masa atmica promedio de ese istopo en particular. Solucin El primer paso consiste en convertir los porcentajes en fracciones. As, 69.09% se convierte en 69.09/100 o 0.6909 y 30.91 % en 30.91/100 o 0.3091. Una vez que se ha encontra- do la contribucin de cada istopo a la masa atmica promedio, se suman todas las contribu- ciones y se obtiene la masa atmica promedio: Verificacin La masa atmica promedio debe ubicarse entre dos masas isotpicas; por lo tanto, la respuesta es lgica. Obsrvese que debido a que hay ms istopos de ~Cu que de g~Cu, la masa atmica promedio est ms cercana a 62.93 urna que a 64.9278 urna. Ejercicio de prctica Las masas atmicas de los dos istopos estables de boro, l~B (19.78%) Y l~B (80.22%), son 10.0129 urna y 11.0093 uma, respectivamente. Calcule la masa atmica promedio del boro. Las masas atmicas de muchos elementos se han determinado con exactitud con cinco o seis cifras significativas. Sin embargo, para los propsitos de este libro, se utilizarn ma- sas atmicas con