Quimica general [Spanish]

1172 Pages·2008·26.663 MB·Spanish

by  John E. McMurry

LISTA DE LOS ELEMENTOS CON SUS SÍMBOLOS ATÓMICOS Y MASAS ATÓMICAS
Número Masa Número Masa
Nombre Símbolo atómico atómica Nombre Símbolo atómico atómica
Actinio Ac 89 (227)* Litio Li 3 6.941
Aluminio Al 13 26.981538 Lutecio Lu 71 174.967
Americio Am 95 (243) Magnesio Mg 12 24.3050
Antimonio Sb 51 121.760 Manganeso Mn 25 54.938049
Argón Ar 18 39.948 Meitnerio Mt 109 (268)
Arsénico As 33 74.92160 Mendelevio Md 101 (258)
Ástato At 85 (210) Mercurio Hg 80 200.59
Azufre S 16 32.065 Molibdeno Mo 42 95.94
Bario Ba 56 137.327 Neodimio Nd 60 144.24
Berkelio Bk 97 (247) Neón Ne 10 20.1797
Berilio Be 4 9.012182 Neptunio Np 93 (237)
Bismuto Bi 83 208.98038 Níquel Ni 28 58.6934
Bohrio Bh 107 (264) Niobio Nb 41 92.90638
Boro B 5 10.811 Nitrógeno N 7 14.0067
Bromo Br 35 79.904 Nobelio No 102 (259)
Cadmio Cd 48 112.411 Oro Au 79 196.96655
Calcio Ca 20 40.078 Osmio Os 76 190.23
Californio Cf 98 (251) Oxígeno O 8 15.9994
Carbono C 6 12.0107 Paladio Pd 46 106.42
Cerio Ce 58 140.116 Plata Ag 47 107.8682
Cesio Cs 55 132.90545 Platino Pt 78 195.078
Cinc (o zinc) Zn 30 65.39 Plomo Pb 82 207.2
Cloro Cl 17 35.453 Plutonio Pu 94 (244)
Cromo Cr 24 51.9961 Polonio Po 84 (209)
Cobalto Co 27 58.933200 Potasio K 19 39.0983
Cobre Cu 29 63.546 Praseodimio Pr 59 140.90765
Curio Cm 96 (247) Prometio Pm 61 (145)
Darmstadtio Ds 110 (271) Protactinio Pa 91 231.03588
Disprosio Dy 66 162.50 Radio Ra 88 (226)
Dubnio Db 105 (262) Radón Rn 86 (222)
Eisteinio Es 99 (252) Renio Re 75 186.207
Erbio Er 68 167.259 Rodio Rh 45 102.90550
Europio Eu 63 151.964 Roentgenio Rg 111 (272)
Escandio Sc 21 44.955910 Rubidio Rb 37 85.4678
Estaño Sn 50 118.710 Rutenio Ru 44 101.07
Estroncio Sr 38 87.62 Rutherfordio Rf 104 (261)
Fermio Fm 100 (257) Samario Sm 62 150.36
Flúor F 9 18.998403 Seaborgio Sg 106 (266)
Fósforo P 15 30.973761 Selenio Se 34 78.96
Francio Fr 87 (223) Silicio Si 14 28.0855
Gadolinio Gd 64 157.25 Sodio Na 11 22.989770
Galio Ga 31 69.723 Tantalio Ta 73 180.9479
Germanio Ge 32 72.64 Talio Tl 81 204.3833
Hafnio Hf 72 178.49 Tecnecio Tc 43 (98)
Hassio Hs 108 (269) Teluro Te 52 127.60
Helio He 2 4.002602 Terbio Tb 65 158.92534
Hidrógeno H 1 1.00794 Titanio Ti 22 47.867
Hierro Fe 26 55.845 Torio Th 90 232.0381
Holmio Ho 67 164.93032 Tulio Tm 69 168.93421
Indio In 49 114.818 Tungsteno W 74 183.84
Iridio Ir 77 192.217 Uranio U 92 238.02891
Iterbio Yb 70 173.04 Vanadio V 23 50.9415
Itrio Y 39 88.90585 Xenón Xe 54 131.293
Kriptón Kr 36 83.798 Yodo I 53 126.90447
Lantano La 57 138.9055 Zirconio Zr 40 91.224
Lawrencio Lr 103 (262)
*Los valores entre paréntesis son de números de masa de los isótopos más comunes o de más larga vida de los elementos radiactivos.
e
r
188A2He 4.00260210Ne 20.179718Ar 39.94836Kr 83.79854Xe 131.293 86Rn (222) ado sobo
CA DE LOS ELEMENTOS Grupos representativos 16171315144A7A3A5A6A98765FONCB 18.99840315.999414.006712.010710.8111716151413121011ClSPSiAl1B2B35.45332.06530.97376128.085526.9815383029283534333231ZnCuNiBrSeAsGeGa 63.54665.3969.72372.6474.9216078.9679.90458.69345352515049484746ITeSbSnInCdAgPd 126.90447127.60121.760118.710114.818112.411107.8682106.42 8180797885848382TlHgAuPtAtPoBiPb 204.3833207.2208.98038(209)(210)200.59196.96655195.078 110111112116114Ds††Rg (292)(285)(289)(272)(271) 7069686766656471LuYbTmErHoDyTbGd174.967173.04168.93421167.259164.93032162.50158.92534157.25 10210110099989796103LrNoMdFmEsCfBkCm(259)(258)(257)(252)(251)(247)(247)(262) ún no han recibido un nombre. En fecha reciente se ha informo no ha sido confirmado por investigadores en otro laboratori
TABLA PERIÓDI Metales de transición 8456798B4B5B6B7B 272223242526CoTiVCrMnFe 47.86750.941551.996154.93804955.84558.933200404142434445ZrNbMoTcRuRh 91.22492.9063895.94(98)101.07102.90550767273747577TaWReOsIrHf 178.49180.9479183.84186.207192.217190.23 104105106107108109RfBhHsMtDbSg(261)(262)(266)(268)(264)(269) 635859606162EuCePrNdPmSm151.964140.116140.90765144.24(145)150.36959091929394Am ThPaUNpPu(243)232.0381231.03588238.02891(237)(244) y posteriores, descubiertos en fecha reciente, aementos 113, 115 y 118, pero su descubrimient
pos representativos 11A 1H21.007942A43BeLi 6.9419.0121811123NaMg3B22.98977024.3050211920ScKCa 44.95591039.098340.078393738YRbSr 85.467887.6288.90585715556CsBa*La138.9055132.90545137.327898788FrRa†Ac(227)(223)(226) *Serie de lantánidos †Serie de actínidos ††Los elementos 112 la existencia de los el
u
r
G
QUÍMICA
GENERAL
Q U I N T A E D I C I Ó N
JOHN E. M MURRY
C
Cornell University
ROBERT C. FAY
Cornell University
TRADUCCIÓN:
Javier Enríquez Brito
Traductor profesional
Virgilio González Pozo
Traductor profesional
REVISIÓN TÉCNICA:
Gisela Hernández Millán Susana F. Llesuy
Norma Mónica López Villa Facultad de Farmacia y Bioquímica
Elizabeth Nieto Calleja Universidad de Buenos Aires
Myrna Carrillo Chávez Marcelo Videa Vargas
Facultad de Química Departamento de Química
Universidad Nacional Autónoma de México ITESM campus Monterrey
México • Argentina • Brasil • Colombia • Costa Rica • Chile • Ecuador
España • Guatemala • Panamá • Perú • Puerto Rico • Uruguay • Venezuela
Datos de catalogación bibliográfica
McMURRY E., JOHN y FAY C., ROBERT
Química general. Quinta edición
PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009
ISBN: 978-970-26-1286-5
Área: Química
Formato: 21 × 27 cm Páginas: 1176
Authorized translation from the English language edition, entitled Chemistry, 5thedition by John E. McMurry and Robert C. Fay,published by Pearson
Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright © 2008. All rights reserved.
ISBN 9780131993235
Traducción autorizada de la edición en idioma inglés titulada Chemistry, 5a. edición porJohn E. McMurry y Robert C. Fay, publicada por Pearson Education,
Inc., publicada como Prentice Hall, Copyright © 2008. Todos los derechos reservados.
Esta edición en español es la ná ica autorizada.
Edición en español
Editor: Rubén Fuerte Rivera
e-mail: [email protected]
Editor de desarrollo: Felipe Hernández Carrasco
Supervisor de producción: José D. Hernández Garduño
Edición en inglés
Senior Editor: Andrew Gilfillan Senior Managing Editor,Visual Assets: Patricia Burns
Development Editor: John Murdzek Manager,Production Technologies: Matthew Haas
Marketing Manager: Elizabeth Averbeck Managing Editor,Visual Assets: Abigail Bass
Production Editor: Donna Young Visual Assets Production Editor: Connie Long
Media Editor: Patrick Shriner Production Manager and Illustration Art Director: Sean Hogan
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Art Director: John Christiana Illustrations:ESM Art Production—Royce Copenheaver, Daniel Knopsnyder, Mark LandisArgosy
Editor in Chief,Science: Nicole Folchetti Electronic Page Makeup: ICC Macmillan Inc.
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Cover and Interior Designer: John Christiana Image credits appear in the back of the book.
QUINTAEDICIÓN, 2009
D.R. © 2009 por Pearson Educación de México, S.A. de C.V.
Atlacomulco 500-5o. piso
Col. Industrial Atoto
53519 Naucalpan de Juárez, Estado de México
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El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes.
ISBN 10: 970-26-1286-1
ISBN 13: 978-970-26-1286-5
Impreso en México. Printed in Mexico.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 12 11 10 09
Contenido general
Prefacio xix
Suplementos xxiii
1 Química: Materia y medición 1
2 Átomos, moléculas y iones 33
3 Fórmulas, ecuaciones y moles 69
4 Reacciones en disolución acuosa 107
5 Periodicidad y estructura atómica 147
6 Enlaces iónicos y química de algunos grupos o familias
representativos 185
7 Enlaces covalentes y estructura molecular 223
8 Termoquímica: Energía química 273
9 Gases: Propiedades y comportamiento 315
10 Líquidos, sólidos y cambios de fase 353
11 Disoluciones y sus propiedades 399
12 Cinética química 439
13 Equilibrio químico 497
14 Equilibrios en fase acuosa: Ácidos y bases 543
15 Aplicaciones de los equilibrios acuosos 593
16 Termodinámica: Entropía, energía libre y equilibrio 647
17 Electroquímica 687
18 Hidrógeno, oxígeno y agua 737
19 Elementos de las familias o grupos representativos 769
20 Elementos de transición y química de coordinación 813
21 Metales y materiales de estado sólido 865
22 Química nuclear 903
23 Química orgánica 937
24 Bioquímica 979
Apéndice A Operaciones matemáticas A-1
Apéndice B Propiedades termodinámicas a 25 °C A-9
Apéndice C Constantes de equilibrio a 25 °C A-14
Apéndice D Potenciales de reducción estándar
a 25 °C A-18
Apéndice E Propiedades del agua A-20
Apéndice F Resúmenes de conceptos clave A-21
Respuestas a problemas seleccionados A-45
Glosario G-1
Índice I-1
Créditos de fotografías C-1
vii
Contenido
Prefacio xix
Suplementos xxiii
1
Química: Materia
y medición 1
1.1 Acercamiento a la química: La experimentación 1
1.2 La química y los elementos 2
1.3 Los elementos y la tabla periódica 4
1.4 Algunas propiedades químicas de los elementos 7
1.5 Experimentación y medición 10
1.6 Medición de la masa 11
1.7 Medición de la longitud 12
1.8 Medición de la temperatura 12
1.9 Unidades derivadas: Medición del volumen 14
1.10 Unidades derivadas: Medición de la densidad 16
1.11 Exactitud, precisión y cifras significativas
en la medición 17
1.12 Redondeo de números 19
1.13 Cálculos: Conversiones de una unidad en otra 21
InterludioProductos químicos, toxicidad y riesgo 25
2
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos Átomos, moléculas y iones 33
clave • Problemas por secciones • Problemas
del capítulo 2.1 La conservación de la masa y la ley de las proporciones
definidas 33
2.2 La teoría atómica de Dalton y la ley de las proporciones
múltiples 35
2.3 La estructura de los átomos: Los electrones 37
2.4 La estructura de los átomos: Protones y neutrones 39
2.5 Número atómico 41
2.6 Masa atómica 43
2.7 Compuestos y mezclas 44
2.8 Moléculas, iones y enlaces químicos 46
2.9 Ácidos y bases 52
2.10 Nomenclatura de los compuestos químicos 53
Interludio ¿Son reales los átomos? 60
Resumen • Términos clave • Problemas
de conceptos clave • Problemas por secciones •
Problemas del capítulo
3
Fórmulas, ecuaciones
y moles 69
3.1 Balanceo de ecuaciones químicas 69
3.2 Símbolos químicos en niveles diferentes 72
3.3 El número de Avogadro y el mol 73
3.4 Estequiometría: Aritmética química 77
3.5 Rendimiento de las reacciones químicas 79
viii
CONTENIDO ix
5
Periodicidad y estructura
atómica 147
5.1 Desarrollo de la tabla periódica 148
5.2 La luz y el espectro electromagnético 149
5.3 La energía electromagnética y los espectros atómicos
de líneas 152
5.4 Propiedades corpusculares de la energía
electromagnética 154
5.5 Propiedades ondulatorias de la materia 157
5.6 La mecánica cuántica y el principio de incertidumbre
de Heisenberg 158
5.7 Funciones de onda y números cuánticos 160
5.8 Las formas de los orbitales 162
5.9 La mecánica cuántica y los espectros atómicos
de líneas 166
5.10 El espín del electrón y el principio de exclusión
de Pauli 168
5.11 Niveles de orbitales de energía en átomos
polielectrónicos 168
5.12 Configuraciones electrónicas de átomos
3.6 Reacciones con reactivo limitante 81 polielectrónicos 169
3.7 Concentraciones de los reactivos en disolución: 5.13 Algunas configuraciones electrónicas anómalas 173
Molaridad 84 5.14 Las configuraciones electrónicas y la tabla periódica 173
3.8 Dilución de disoluciones concentradas 86 5.15 Las configuraciones electrónicas y las propiedades
3.9 Estequiometría en disoluciones 87 periódicas: Radios atómicos 175
3.10 Titulación 88 Interludio Luces fluorescentes compactas: Ahorro de energía
3.11 Composición porcentual y fórmulas empíricas 90 por medio de espectro atómico de líneas 178
3.12 Determinación de las fórmulas empíricas: Análisis Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos
elemental 93 clave • Problemas por secciones • Problemas
3.13 Determinación de las masas moleculares: Espectrometría del capítulo • Problemas de conceptos múltiples
de masas 96
6
Interludio ¿Benjamín Franklin conocía el número de Avogadro? 98 Enlaces iónicos y química
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos de algunos grupos o familias
clave • Problemas por secciones • Problemas
representativos 185
del capítulo
4 6.1 Los iones y sus configuraciones electrónicas 185
Reacciones en disolución acuosa 107
6.2 Radios iónicos 187
4.1 Algunas formas en que ocurren las reacciones químicas 107
4.2 Electrolitos en una disolución acuosa 108
4.3 Las reacciones acuosas y las ecuaciones iónicas netas 110
4.4 Reacciones de precipitación y reglas de solubilidad 112
4.5 Ácidos, bases y reacciones de neutralización 114
4.6 Reacciones de oxidación-reducción (redox) 116
4.7 Identificación de reacciones redox 120
4.8 La serie de actividad de los elementos 122
4.9 Balanceo de reacciones redox: El método del número de
oxidación 125
4.10 Balanceo de reacciones redox: El método de la media
reacción 129
4.11 Titulaciones redox 133
4.12 Algunas aplicaciones de las reacciones redox 136
Interludio Química verde 138
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos
clave • Problemas por secciones • Problemas
del capítulo • Problemas de conceptos múltiples
x CONTENIDO
6.3 Energía de ionización 188
6.4 Energías de ionización más altas 191
6.5 Afinidad electrónica 192
6.6 Los enlaces iónicos y la formación de sólidos iónicos 194
6.7 Energías de red en sólidos iónicos 197
6.8 La regla del octeto 199
6.9 Química de los elementos del grupo 1A: Metales
alcalinos 201
6.10 Química de los elementos del grupo 2A: Metales
alcalinotérreos 205
6.11 Química de los elementos del grupo 3A: Aluminio 208
6.12 Química de los elementos del grupo 7A: Halógenos 210
6.13 Química de los elementos del grupo 8A:
Gases nobles 213
Interludio Sal 216
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos
clave • Problemas por secciones • Problemas
del capítulo • Problemas de conceptos múltiples
7
Enlaces covalentes y estructura
molecular 223
7.1 El enlace covalente 223
7.2 Fuerzas de los enlaces covalentes 224
7.3 Comparación de compuestos iónicos y covalentes 226
7.4 Enlaces covalentes polares: Electronegatividad 226 7.12 Otros tipos de orbitales híbridos 253
7.5 Estructuras electrónicas de puntos 229 7.13 Teoría del orbital molecular: La molécula
7.6 Estructuras electrónicas de puntos para moléculas de hidrógeno 256
poliatómicas 232 7.14 Teoría del orbital molecular: Otras moléculas
7.7 Las estructuras electrónicas de puntos y la resonancia 238 diatómicas 259
7.8 Cargas formales 240 7.15 Combinación de las teorías del enlace valencia
7.9 Formas moleculares: El modelo RPECV 242 y del orbital molecular 262
7.10 Teoría del enlace valencia 250
7.11 Hibridación y orbitales híbridos sp3 251 Interludio Forma molecular, orientación y medicamentos 263
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos
clave • Problemas por secciones • Problemas
del capítulo • Problemas de conceptos múltiples
8
Termoquímica: Energía
química 273
8.1 Energía 273
8.2 Cambios de energía y conservación de la energía 274
8.3 Energía interna y funciones de estado 276
8.4 Trabajo de expansión 278
8.5 Energía y entalpía 280
8.6 El estado termodinámico estándar 282
8.7 Entalpías de cambio físico y químico 283
8.8 Calorimetría y capacidad calorífica 285
8.9 Ley de Hess 289
8.10 Calores estándar de formación 292
8.11 Energías de disociación de enlace 294
8.12 Combustibles fósiles, eficiencia del combustible
y calores de combustión 296
8.13 Introducción a la entropía 298
8.14 Introducción a la energía libre 301
CONTENIDO xi
10.7 Detección de la estructura de los sólidos:
Cristalografía de rayos X 374
10.8 Las celdas unitarias y el empaquetamiento de esferas
en sólidos cristalinos 376
10.9 Estructuras de algunos sólidos iónicos 382
10.10 Estructuras de algunos sólidos de red covalente 384
10.11 Diagramas de fases 386
Interludio Líquidos iónicos 390
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos
clave • Problemas por secciones • Problemas
del capítulo • Problemas de conceptos múltiples
11
Disoluciones y sus propiedades 399
11.1 Disoluciones 399
11.2 Los cambios de la energía y el proceso
de la disolución 400
11.3 Unidades de concentración 404
11.4 Algunos factores que afectan la solubilidad 409
11.5 Comportamiento físico de las disoluciones:
Propiedades coligativas 413
11.6 Disminución de la presión de vapor de las disoluciones:
Interludio Biocombustibles 305 Ley de Raoult 413
11.7 Elevación del punto de ebullición y abatimiento
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos o disminución del punto de congelación de las
clave • Problemas por secciones • Problemas disoluciones 419
del capítulo • Problemas de conceptos múltiples 11.8 Ósmosis y presión osmótica 423
11.9 Algunos usos de las propiedades coligativas 425
9 Gases: Propiedades 11.10 Destilación fraccionada de mezclas de líquidos 427
y comportamiento 315 Interludio Diálisis 430
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos
9.1 Los gases y su presión 315 clave • Problemas por secciones • Problemas
9.2 Las leyes de los gases 319 del capítulo • Problemas de conceptos múltiples
9.3 Ley de los gases ideales 324
9.4 Relaciones estequiométricas de los gases 327
9.5 Presión parcial y ley de Dalton 330
9.6 Teoría cinética molecular de los gases 332
9.7 Ley de Graham: Difusión y efusión de los gases 335
9.8 El comportamiento de los gases reales 337
9.9 La atmósfera de la Tierra 338
Interludio Anestésicos inhalables 342
Resumen • Términos clave • Problemas de conceptos
clave • Problemas por secciones • Problemas
del capítulo • Problemas de conceptos múltiples
10
Líquidos, sólidos y cambios
de fase 353
10.1 Enlaces covalentes polares y momentos dipolares 354
10.2 Fuerzas intermoleculares 357
10.3 Algunas propiedades de los líquidos 363
10.4 Cambios de fase 364
10.5 Evaporación, presión de vapor y punto
de ebullición 368
10.6 Tipos de sólidos 372