1. ri TQUMICALACIENCIACENTRALdec imop r ime r a edicinBROWNPEARSONLe MAYBRSTENMURPHY

2. Tabla peridica de los elementos Grupos principales1 HGrupos principales2 He1.007943A 134A 145A 156A 167A 174 .0 0 2 6 0 23 Li4 Be5 B6 C7 N8 O9 F10 Ne9.01218210.81112.010714.006715.999418.9984032 0 .179711 Na12 Mr13 Al14 Si15 P16 S17 Cl18 Ar22.98977022A 26.941124.305019 KMetales de transicin 1I675B 5 23 V6B 6 24 Cr7B 7 25 MnI 8 26 Fe 8B 9 27 Co40.07844.9 5 5 9 1 04 7 .8 6 75 0 .941551.996154.9 3 8 0 4 955.84 537 Rb38 Sr39 Y40 Zr41 Nb42 Mo43 Te44 Ru87.628 8 .9058591.22492.9 0 6 3 895.94|98|55 Cs56 Ba71 Lu72 Hf73 Ta74 W75 Re132.9054554B 4 22 Ti85.4678420 Ca3B 3 21 Se39.09833137.3272B 1226.98153828 .085530.97376132.06535.45339.94828 NiIB II 29 Cu30 Zn31 Ga32 Ge33 As34 Se35 Br36 Kr58.9332005 8 .6 9 3 46 3 .5 4 66 5 .3 96 9 .7 2 372.647 4 .9 2 1 6 078 .9 67 9 .9 0 48 3 .8 045 Rh46 Pd47 Ag48 Cd49 In50 Sn51 Sb52 Te53 I54 Xe10 1.07102.9055010 6 .4 210 7 .8 6 8 2112.411114.818118.710121.760127.60126.90447131.29376 Os77 Ir78 Pt79 Au80 Hg81 TI82 Pb83 B84 Po85 At86 Rn19 5 .0 7 8196.966552 0 0 .5 92 0 4 .3 8 3 32 07.2208.980381208.98)1209.99)1222.02)1121131 14115116118DsIII Rs1294)I 10171.967178.19180.9179183.81186.207190.23I9 2 .2 I 787 FrSN Ra103 Lr104 Rf105 Db106 Sg107 BhIOS HsI09 Mt1223.0211226.03)1262.111(261.11)126111|I266.I2)[264.12)|269.I3|I268.I4I12 8 1. 15 112 7 2 .15 112771|284||289|128811292157 La58 Ce59 Pr60 Nd61 Pm62 Sm63 Eu64 Gd65 Tb66 Dy67 Ho68 fcr69 1m70 Yb138.9055140.116140.90765144.2411451150.36151.964157.25158.92534162.50164.93032167.259168.93421173.0489 tA c90 Th91 Pa92 U93 Np94 Pu95 Am96 Cm97 Bk98 Cf99 Es100 Fm101 Md102 No1227.03)232.03811237.05)1244.06)1243.06)1247.07)1247.07)1251.08)1252.08))257.I0|(258.101|259.I0|Serie de los lantnidostSerc de los actnidos231.03588 238.02891noaLos rtulos que se encuentran en la parte superior de cada grupo ( I A, 2A, etc.) se utilizan de forma comn en Estados Unidos. Los rtulos que aparecen debajo de stos (1 ,2 , etc.) son los recomendados por la Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada (IUPAC). Los nombres y smbolos que corresponden a los elementos 112 y posteriores an no se han decidido. Los pesos atmicos entre corchetes corresponden a los istopos ms antiguos o ms importantes de los elementos radiactivos. Puede obtener ms informacin en http://www.wcbelements.com. 3. Lista de elementos con sus smbolos y pesos atmicos ElementoSm boloActinio Aluminio Americio Antimonio Argn Arsnico Astato Azufre Bario Berilio Bcrkelio Bismuto Bohrio BoroAc Al Am Sb Ar As At S Ba Be Bk Bi Bh B BrBromo Cadmio Calcio Californio Carbono Cerio Cesio Circonio Cloro Cobalto Cobre Criptn Cromo Curio Darmstatio Disprosio Dubnio Einstenio Erbio kscandio Estao Estroncio Europio Fermio FlorCd Ca Cf C Ce Cs Zr C1 Co Cu Kr Cr Cm Ds Dy Db Es Er be Sn Sr Eu Fm FNmero atm ico 89 13 95 51 18 33 85 16 56 4 97 83 107 5 35 48 20 98 6 58 55 40 17 27 29 36 24 % 110 66 105 99 68 21 50 38 63 100 9Peso atmico 227.03* 26.981538 243.06* 121.760 39.948 74.92160 209.99* 32.065 137.327 9.012182 247.07* 208.98038 264.12* 10.811 79.904 112.411 40.078 251.08* 12.0107 140.116 132.90545 91.224 35.453 58.933200 63.546 83.80 51.9961 247.07* 281.15* 162.50 262.11a 252.08* 167.259 44.9SW1U 118.710 87.62 151.964 257.10* 18.9984032Elemento Fsforo Francio Gadolinio Galio Germanio Hafnio Hasio Helio Hidrgeno Hierro Holmio Indio Iridio Iterbio Itrio lantano Laurencio Litio Lutccio Magnesio Manganeso Meitnerio Mendelevio Mercurio Molibdeno Neodimio Nen Neptunio Niobio Nquel Nitrgeno Nobelio Oro Osmio Oxgeno Paladio Plata Platino Plomo*Masa del istopo ms antiguo o ms importante. bLos nombres de los elementos 112 y posteriores an no se han decidida.Sm bolo P Fr Gd Ga Ge Hf Hs He H Fe Ho In Ir Yb Y La Lr U Lu Mg Mn Mt Md Hg Mo Nd Nc Np Nb Ni N No Au O O Pd Ag Pt PbNmero atmico 15 87 64 31 32 72 108 2 1 26 67 49 77 70 39 57 103 3 71 12 25 109 101 80 42 60 10 93 41 28 7 102 79 76 8 46 47 78 82Peso atmico 30.973761 223.02* 157.25 69.723 72.64 178.49 269.13* 4.002602* 1.00794 55.845 164.93032 114.818 192.217 173.04 88.90585 138.9055 262.11* 6.941 174.967 24.3050 54.938049 268.14* 258.10* 200.59 95.94 144.24 20.1797 237.05* 92.90638 58.6934 14.0067 259.10* 196.96655 190.23 15.9994 106.42 107.8682 195.078 2072ElementoSm boloPlutonio Polonio Potasio Prascodimio Prometi Protactinio Radio Radn Renio RodioPu Po K Pr PmRoentgenio Rubidio Rutenio Rutherfordio Sa mano Seaborgio Selenio Silicio Sodio Talio Tantalio Tecnecio Telurio Terbio Titanio Torio Tulio Tungsteno Uranio Vanadio Xenn Yodo Zinc b b b b b bRr Rb Ru Rf SmPa Ra Rn Re RhSg Se Si Na TI Ta Te Te Ib TI Th Tm W U V Xe I ZnNmero atmico 94 84 19 59 61 91 88 86 75 45 111 37 44 104 62 106 34 14 11 81 73 43 52 65 22 90 69 74 92 23 54 53 30 112 113 114 115 116 118Peso atmico 244.06* 208.98* 39.0983 140.90765 145* 231.03588 226.03* 222.02* 186.207* 102.90550 272.15* 85.4678 101.07 261.11* 15036 266* 78.% 28.0855 22.989770 204.3833 180.9479 98* 127.60 158.92534 47.867 232.0381 168.93421 183.84 238.02891 50.9415 131.293 126.90447 65.39 277* 284* 289* 288* 292* 294* 4. ...el sistema de ejerciciosy evaluacionesen lneams avanzado que usted encontrar para qumica MasteringChemistry' simula el entorno que un alumno encontrara en una asesora con su profesor y proporciona tiles tcnicas para resolver problemas. Ofrece a los estudiantes apoyo individual con retroalimentacin especfica, en funcin de sus errores, a travs de medidas opcionales sencillas que se presentan en forma de cuadros de ayuda, los cuales han guiado a ms del 85 por ciento de quienes consultan hacia la respuesta correcta. Asimismo, proporcionan crditos parciales, dan seguimiento a sus mtodos y ofrecen cientos de caminos hacia las soluciones.Caractersticas de M asterin g C h em istry ... Retroalimentacin inmediata y respuestas especficas a interpretaciones errneas comunes MasteringChemistry no solo le indica al estudiante que ha cometido un error sino que le ayuda a identificar en dnde se equivoc.Consejos y preguntas sencillas cuando lo necesiten Cada estudiante recibe nicamente la ayuda que necesita, cuando lo requiere.^HIM ISTW W I.femm m1 1 II T **,i*#-t m^a * *-Biblioteca de ejercicios clasificados segn su dificultad y duracin C o n o z c a c u n to tie m p o , e n p ro m e d io , ta r d a r n lo s e s tu d ia n te s e n c o m p le ta r u n a ta re a , a s co m o la d ific u lta d re la tiv a d e c a d a p ro b le m a . 5. El libro de calificaciones (Gradebook) es una poderosa herramienta muy fcil de utilizar que le ofrece... Calificaciones de un vistazo Identificacin opcional por medio de colores de los estudiantes menos avanzados, as como de las tareas que representan mayor dificultad. Detalles sobre el trabajo de cada estudiante Vea las respuestas presentadas porcada alumno, las ayudas solicitadas y el tiempo invertido en cada seccin del problema. Trabajo en equipo El resumen de tareas (Assignment Summary) muestra la dificultadrelativa, el tiempo invertido, e incluso las respuestas incorrectas ms comunes en cada ejercicio. Compare el rendimiento de sus estudiantes con el promedio del sistema, el cual es calculado a partir de las respuestas de estudiantes de todo el mundo.Diagnstico de un vistazo Con un solo clic, las grficas le muestran un resumen delos problemas ms difciles, la distribucin de calificaciones e incluso el avance gradual de cada estudiante. 6. QUMICA LACIENCIACENTRAL 7. Revisin tcnica MXICOIrma Salgado Escobar Instituto Tecnolgico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Ciudad de MxicoElizabeth Nieto Calleja Gisela Hernndez Milln Myrna Carrillo Chvez Norma Mnica Lpez Villa Facultad de Qumica Universidad Nacional Autnoma de MxicoNancy Coromoto Martn Guaregua Universidad Autnoma Metropolitana Unidad IztapalapaAlicia Blanco Aquino Margarita iguez Garca Nely Ros Donato Teresita Guadalupe valos MunguaAna Cecilia Gonzlez Bar Beatriz Susana Parajn Costa Irma La Botto Facultad Ciencias Exactas Universidad Nacional de la PlataCOLOMBIAAbraham Hadra Sauda Fundacin Ideales-Gimnasio Santa Ana Departamento de Qumica Universidad de La Salle, BogotJorge Hernando Castaeda Lizarazo Departamento de Qumica Fundacin Universidad de Amrica, BogotCOSTA RICACristian Sal Campos FernndezUniversidad de GuadalajaraEscuela de Qumica Universidad de Costa RicaVirginia Estevane OrtegaPUERTO RICOUniversidad Autnoma de Ciudad JurezOsvaldo Lamboy MartnezVctor Hugo SolsDepartamento de Ciencias Naturales Universidad de Puerto Rico en UtuadoUniversidad de NavojoaJess Manuel Barrn Hoyos Departamento de Investigacin y Posgrado en Alimentos (DIPA) Universidad de SonoraVENEZUELACarolina PfafF Departamento de Qumica Universidad Central de VenezuelaARGENTINASusana F. LlesuyHeinz KrentzienFacultad de Farmacia y Bioqumica Universidad de Buenos AiresDepartamento de Qumica Universidad Simn Bolvar de Caracas 8. DECIM O PRIM ERA ED IC I NQUMICA LACIENCIACENTRALTheodore L. Brown University of Illinois at Urbana-ChampaignH. Eugene LeMay, Jr. University of Nevada, RenoBruce E. Bursten University of Tennessee, KnoxvilleCatherine J. Murphy University of South CarolinaCon la colaboracin dePatrick Woodward The Ohio State UniversityTraduccinLaura Fernndez Enrquez Ingeniera Qumica Universidad Autnoma MetropolitanaRevisin tcnicaMara Aurora Lanto Arrila Profesora Titular de Qumica Escuela Nacional de Ciencias Biolgicas Instituto Politcnico NacionalPEARSON cac gsMxico Argentina Brasil Colombia Costa Rica Chile Ecuador Espaa Guatemala Panam Per Puerto Rico Uruguay Venezuela 9. BROYVN, THEODORE L , cois. Qumica, la ciencia central Decimoprmera edicin PEARSON EDUCAaN, Mxico, 2009 ISBN: 978-607-442-021 -0 rea: Ciencias Formato: 21 X 27.5 cmPginas: 1240Authorized translation from the English language edition entitled Chemistry: the central science, 11 edition, by Theodore L. Brown, et a l.,published by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright 2009. All rights reserved. ISBN 978-0-13-600617-6 Traduccin autorizada de la edicin en idioma ingls titulada Chemistry: the central science, 11 edicin, por Theodore L. Brown, et al., publicada por Pearson Education, Inc., publicada como Prentice Hall, Copyright 2009. Todos los derechos reservados. Esta edicin en espaol es la nica autorizada. Edicin en espaol Editor:Rubn Fuerte Rivera e-mail: ruben.fuerte@pearsoned.com Editor de desarrollo: Bernardino Gutirrez Hernndez Supervisor de produccin: Enrique Trejo Hernndez Edicin en ingls Editor in Chief, Science: Nicole Folchetti Acquisitions Editor: Andrew Gilfillan Associate Editor: Jennifer Hart Project Manager: Donna Young Editor in Chief, Development: Ray Mullaney Development Editor: Karen Nein Marketing Manager: Elizabeth Averbeck Senior Operations Supervisor: Alan Fischer Art Director: Maureen Eide Assistant Art Director: Suzanne Behnke Interior Design: John Christiana Cover Design: Maureen Eide, John Christiana Composition: Prepar, Inc. Copy Editor: Marcia Youngman Proofreader: Karen Bosch Art Project Manager: Connie LongArt Studio: Production Solutions Production Manager/Illustration Art Director: Sean Hogan Assistant Manager, Art Production: Ronda Whitson Illustrations: Royce Copenheaver, Daniel Knopsnyder, Mark Landis Editorial Assistant: Jonathan Colon Production Assistant: Asha Rohra Marketing Assistant: Che Flowers Assessment Content Developer: Kristin Mayo Lead Media Project Manager: Richard Barnes Media Project Manager: Nicole Jackson Assistant Managing Editor, Science: Gina M. Cheselka Project Manager, Print Supplements: Ashley M. Booth Manager, Visual Research: Beth Brenzel Image Permission Coordinator: Debbie Hewitson Photo Researcher: Truitt & MarshallDECIMOPRIMERA EDICIN, 2009 D.R 2009 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Atlacomulco 500-5o. piso Col. Industrial Atoto 53519, Naucalpan de Jurez, Estado de MxicoCmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 1031. Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor. El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la autorizacin del editor o de sus representantes.PEARSON cac uISBN 978-607-442-021-0Impreso en Mxico. Printed in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 -1 3 1 2 1 1 1 0 10. A nuestros estudiantes, cuyo entusiasmo y curiosidad frecuentemente nos inspiran, y cuyas preguntas y sugerencias algunas veces nos ensean. 11. Agradecimientos Pearson E d u cacin agradece a los centros de estudios y profesores usuarios de esta obra por su apoyo y retroalim entadn, elem ento fundam ental para esta nueva ed icin de Qum ica, la ciencia central.M X IC OIn stitu to P o litcn ico N acional E SIM E C ulhuacnTecnolgico de E stu d ios Su p erio res de Ecatepec Eduardo Hernndez VeraChristian M artnezEdultridis Estrada LucasJess M anuel A cevedo M ara Esther N ietoG uillerm ina Reyes Flores Jess Arm ando C astellanos TorresIn stitu to Tecnolgico A u tnom o de M xico Katina G arca A ppendini In stitu to Tecnolgico de C hihu ah u a Antonio Trevio Ruiz Bertha C. M anzanera Quintana Javier Villanueva Snchez In stitu to Tecnolgico de C iudad Jurez Jos M anuel Ram rez Verdeja M ayela Zapata Rafael G allardo M ota In stitu to Tecnolgico de Tolu ca Leticia Esperanza C oln IzquierdoLeticia Vera Prez Rafael C am pos Haaz Sabino Jim nez Hernndez U niversidad A nhu ac M xico N orte Francisco Herrera Castaeda U niversidad A utnom a de Tam aulipas Ramiro Garza M olina U niversidad A utnom a de N uevo Len A driana L in M ontes Ju an Jacobo Ruiz Valdez M ara Elena R odrguez C ant M ara Isabel Castillo Arvalo O livia C arolina PorrasIn stitu to Tecnolgico de Z acatepec Alicia G uadarram a C astrejn Angel Sandoval Jacobo Palem n O cam po SilvaRamiro Q uintanilla Licea Salom M aribel de la Parra Arciniega U niversidad A utnom a de C hih u ah u a R al Sandoval JavaleraIn stitu to Tecnolgico y de E stu d ios Su p eriores de M onterrey, C am pus C hih u ahu a Carlos M eraz M olina In stitu to Tecnolgico y de E stu d ios Su p eriores de M onterrey, C am pus C iudad Jurez Roberto H urtado In stitu to Tecnolgico y de Estu d ios Su p eriores de M onterrey, C am pus Q uertaro Araceli Florido Segoviano Mara del C onsuelo Valenzuela In stitu to Tecnolgico y de E stu d ios Su p eriores de M onterrey, C am pus M on terrey Marcelo Videa Silvia PonceU niversidad A utnom a de C iudad Jurez Lorena Rivera Virginia Estebane O rtega U niversidad A utnom a M etropolitan a U nidad A zcapotzalco G abriel Herrera Prez Leonardo H ernndez M artnez M argarita Chvez M artnez M ara d el C arm en G onzlez Cortez Mara L dice Soto U niversidad A utnom a M etropolitan a U nidad Iztapalapa A na M ara V ivier Fgoux A ndrs H ernndez AranaIn stitu to Tecnolgico y de E stu d ios Su p erioresG ustavo Velzquez G arduode M onterrey, C am pus Tam picoJ. Alberto A larcn DazLaura HinojosaJess A lejandro L pez Gaona 12. Agradecimientos Ju an M arcos Esparza Schulz M argarita Viniegra Ram rez M ara Ins Coahuila H ernndez M axim iliano Asom oza N ancy C orom oto M artn Guaregua Rafael Arturo Zubillaga Luna Rubicelia Vargas Fosada Salvador R. Tello S. Silvia Sols M andiola Ulises M orales Virineya Bertin U niversidad Iberoam erican a, Ciudad de M xico Mara d el C arm en Doria U niversidad Iberoam ericana de Len Mara Luisa M artnez M edel U niversidad de G u ad al ajara Am alia Reyes Larios G abriel Palacios H uerta Jos E loy Snchez R am os M ara Esther Rodrguez Ram rez M artn H ernndez Carrillo U niversidad de M onterrey M ara d el Socorro Snchez G onzlez U niversidad d el V alle de M x ico , C uem avaca Ram n A m au d U niversidad La Salle, D istrito Federal G ustavo Velzquez G arduo U niversidad N acional A utnom a de M xico Facultad de In g en iera Alfredo Velzquez Ana Laura Prez M artnez A ntonieta Prez Nova C arlos C hvez M ercado C atalina Ferat Toscano Esther Flores Cruz Flix Benjam n N ez Orozco Gabriela A licia Daz G uerrero G erardo Barn Snchez Jos Lino Jard ines Ortega Jos Luis M orales Salvatierra Karla G m ez G oytia lio u d m ila Fom ina Natasha Carim e Villaseor H ernndez Pablo J. M onterrubio Lpez Ramiro M aravilla G alvn Rodolfo C a m n Snchez Rogelio Soto Rosa Estrada R eyes Susana A burto Garca Violeta Luz M ara Bravo H ernndezU niversidad N acional A utnom a de M xico Facultad de Q u m ica Adela C astillejos Salazar Adriana Pez G onzlez Alejandrina Acosta Huerta Alejandro Fajardo G uerrero Ana Elizabeth D om nguez Ana M ara Sosa Anbal Bascurin Blaset Blas Flores Prez Chirinos Flores Reyes Elizabeth N ieto Calleja Enrique Snchez Alcntara Estela Roque Villada Fem ando M orales M orales Gustavo G arduo Snchez Iliana Z aldvar Coria Irma Susana R ojas Tome Jess G onzlez Prez Jess Gracia M ora Jess R ecillas M ota Jos Ju an M onarca Rodrguez Josefina M ontes Ayala Josefina Viades Ju an M anuel G erm n Acacio Ju an M anuel M artnez M endoza Kira Padilla M artnez Leticia Cervantes Espinoza Luis Antonio Huerta Tapia Luis Pablos Saavedra M ara de los ngeles O lvera Len M ara de los ngeles Vargas H ernndez M ara de Lourdes G arca Pea M ara d el C arm en S. Ortega M ara Josefina Becerril Tllez-Girn M artha Yolanda G onzlez Q uezada M ym a C arrillo Chvez Norma Ortega V illar Paola B. Gonzlez A guirre Patricia Lechuga Uribe Pilar M ontagut Bosque Rosa M ara G onzlez M uradas Ruy F. Cervantes Daz de G uzm n U niversidad N acional A utnom a de M xico Facultad de E stu d ios Su p erio res C uau titln Leticia Badillo Sols Natividad Venegas Herrera O felia Esperanza Arroyo Fal 13. x iiA grad ecim ien tosC O L O M B IAC olegio A nglo A m ericano, B ogot Jorge M eja M aritza Rivera Yolima Pez C olegio C lerm ont, B ogot Luis Alfredo G uerrero C olegio E m ilio V alenzuela, B o g o t Liliana Burgos Edgar Ariza C olegio M ayo r d el R osario, B ogot Ernesto Garrido C olegio N ueva Inglaterra, Bogot Pedro Fonseca C olegio San C arlos, B ogot Julio M orales G im n asio Fontana, B ogot Mara Pilar C astillo M artha M arnG im n asio los C aobos, B ogot C arlos Parra C arlos O ctavo G im n asio los Portales, B ogot Gerardo G uataquira U niversidad de A m rica C sar Q uinez Enrique lvarez Jairo Vanegas Jayerth G uerra * J Jorge Castaeda M elba Fernndez W illiam Arana U niversidad de La S alle Margarita Rendn Ricardo M ontealegre U niversidad de los A ndes Edgar Francisco Vargas M ara Teresa CortsG im n asio la M o n ta a, B ogot Jonh ZafraC H ILEU niversidad de C oncepcin Rafael Alfredo G arca LoveraPERU niversidad C atlica de San ta M ara Eugenia Z eballos Delgado Trinidad G onzlez Chvez U niversidad de Lim a Javier Q uino FaveroU niversidad P eru ana C ayetano H eredia Gilma Fernndez Ziga Universidad P eru ana de C ien cias A plicadas Betty Prez Zenteno Leslie C rdova YamauchiShaminy M olina Q uenayaP U ER TO R IC OU niversidad de Puerto R ico , R ecin to de A recibo ngel M ontes Vanessa M ontalvoU niversidad de Puerto R ico , R ecin to U tuado C arlos Seiglie O svaldo Lam boy Vilmari Lpez 14. Agradecimientos VEN EZUELAU niversidad C atlica A ndrs B e llo Antonietta M elone C sar M arn M ara Isabel Lpez U niversidad C entral de V enezuela David G oi Francisco D os Santos Jos Acosta M arisol O rtega M auro M artnez U niversidad de O rien te Ingrid Rojas Jherson Correa krelis Berm dezU niversidad M etro p o litan a Ana C hiqun Beatriz Leal Fem ando A rm as G raciela H ernndez de Tremaras Renata Cursi Rosa Rodrguez U niversidad Sim n B o lv a r A ntonio H ernndez C arm elo Bolvar Ins B rillem bourxiii 15. Contenido breve Prefacio xxxii Acerca de los autores xli 1Introduccin: materia y medicin12 3 4 5tomos, molculas y iones 366Estructura electrnica de los tomos 2 1 07Propiedades peridicas de los elementos 2 5 48Conceptos bsicos de los enlaces qumicosEstequiometra: clculos con frmulas y ecuaciones qumicas Reacciones acuosas y estequiometra de disoluciones Termoqumica1181642969 10Geometra molecular y teoras de enlace 3 4 011Fuerzas intermoleculares, lquidos y slidos 4 3 61 2Materiales modernos 4 8 013 14 15 16 17 18 19 20Propiedades de las disolucionesGases 3 9 2Cintica qumica52 657 2Equilibrio qumico626Equilibrios cido-base666Aspectos adicionales del equilibrio acuoso 7 1 8 Qumica ambiental 7 6 6 Termodinmica qumica Electroqumica80 084 221Qumica nuclear 89 222 23 24 25Qumica de los no metales 9 3 0 Metales y metalurgia 9 8 0 Qumica de los compuestos de coordinacin1012La qum ica de la vida: qumica orgnica y biolgica1050Apndices A Operaciones matemticas 1104 B Propiedades del agua 1111 C Cantidades termodinmicas de sustancias seleccionadas a 298.15 k (25 C) 1112 D Constantes de equilibrio en disoluciones acuosas 1115 ERatenciales estndar de reduccin a 25 CRespuestas a ejercicios seleccionados R -l Respuestas a Pinselo un poco R-39 Glosario G -l ndice1-1111778 16. Contenido Prefacio xxxii Acerca de los autores xliIntroduccin: materia y medicin 1.1E L E STU D IO D E LA Q U M ICA 2 Perspectiva atmica y molecular de la qumica 2 qumica? 31Por qu estudiar1.2CLASIFICACION ES D E LA MATERIA 4 Estados de la materia 4 Sustancias puras 5 Elementos 6 Compuestos 6 Mezclas 81.3PRO PIED A D ES D E LA MATERIA 9 Cambios fsicos y qumicos 10 Separacin de mezclas 111.4UNIDADES D E M ED IC I N 13 Unidades SI 13 Longitud y masa 14 Temperatura 15 derivadas del SI 16 Volumen 16 Densidad 17Unidades1.5IN C ER TID U M B R E EN LAS M ED IC IO N ES 20 Precisin y exactitud 20 Cifras significativas 21 Cifras significativas en el desarrollo de clculos 231.6ANLISIS D IM EN SION AL 24 Uso de dos o ms factores de conversin 26 intervienen volmenes 27Conversiones en queRESUMEN Y TRMINOS CLAVE 29 HABILIDADES CLAVE 30 ECUACIONES CLAVE 30 VISUALI2AQN DE CONCEPTOS 30 EJERCICIOS 31 EJERCICIOS ADICIONALES 33 La qumica y la industria qumica 4 El mtodo cientfico 13 L a q u m ic a en accin La qumica en las noticias 18 E strateg ia s en q u m ic a Estimacin de respuestas 26 E strateg ias en q u m ic a La importancia de la prctica 28 L a q u m ic a eri iccit2tomos, molculas y iones362.1LA TEO RA ATM ICA D E LA MATERIA 382 .2E L D ESC U BR IM IEN TO D E LA ESTRUCTURA ATM ICA 39 Rayos catdicos y electrones 39 Radiactividad 41 El tomo nuclear 412 .3LA V ISI N MODERNA D E LA ESTRUCTURA ATM ICA 43 Nmeros atmicos, nmeros de masa e istopos 442 .4PESO S ATM ICO S 46 La escala de masa atmica 46Masas atmicas promedio 472 .5LA TABLA PER I D IC A 482 .6MOLCULAS Y CO M PU ESTO S M OLECULARES 51 Las molculas y las frmulas qumicas 52 Frmulas moleculares y empricas 52 Representacin de molculas 532 .7IO N ES Y CO M PU ESTO S I N ICO S 54 Prediccin de cargas inicas 55 Compuestos inicos 562.8NOMENCLATURA D E CO M PU ESTO S INORGNICOS 59 Nombres y frmulas de compuestos inicos 59 Nombres y frmulas de cidos 64 Nombres y frmulas de compuestos moleculares binarios 65 17. xviContenido 2 .9ALGUNOS CO M PU ESTO S ORGNICOS SIM PLES 66 Alcanos 66 Algunos derivados de los alanos 66 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 68 HABILIDADES CLAVE 69 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 69 EJERCICIOS 70 EJERCICIOS ADICIONALES 75 Fuerzas bsicas 45 Un panoram a d eta lla n El espectrmetro de masas 48 Un pan o ram a d a Glenn Seaborg y el seaborgio 51 Im q u m ic a y la trida Elementos necesarios para los organismos vivos 57 E strateg ia s en q u m ic a Reconocimiento de patrones 58^Estequiometra: clculos con frmulas y ecuaciones qumicas 78 3.1ECUACIONES Q UM ICAS 80 Balanceo de ecuaciones 80 Cmo indicar el estado de los reactivos y los productos 833.2ALGUNOS PATRONES SEN CILLO S D E REACTIVIDAD QUM ICA 84 Reacciones de combinacin y descomposicin 84 Combustin en aire 863 .3PESO S FORM ULARES 8 7 Pesos formulares y moleculares 873 .4EL NMERO D E AVOGADRO Y EL M OL 89 Masa molar 91 Interconversin de masas y moles 93Composicin porcentual de frmulas 88 Interconversinde masas y nmeros de partculas 94 3 .53 .6IN FORM ACIN CUANTITATIVA A PARTIR D E ECUACIONES BALANCEADAS 983 .74FRMULAS EM PRIC A S A PARTIR D EL ANLISIS 95 Frmula molecular a partir de la frmula emprica 96 Anlisis por combustin 97REACTIVOS LIM ITAN TES 102 Rendimientos tericos 105 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 107 HABILIDADES CLAVE 108 ECUACIONES CLAVE 108 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 108 EJERCICIOS 109 EJERCICIOS ADICIONALES 115 EIERCICIOS DE INTEGRACIN 116 E strateg ia s en q u m ic a Resolucin de problemas 89 L a q u m ic a y la v id a Monitoreo de la glucosa 102 E strateg ia s en q u m ic a Cmo hacer un examen 106Reacciones acuosas y estequiometra de disoluciones 118 4 .1PRO PIEDA D ES GENERALES D E LAS D ISO LU CIO N ES ACUOSAS 120 Propiedades electrolticas 120 Compuestos inicos en agua 120 Compuestos moleculares en agua 122 Electrolitos fuertes y dbiles 1224 .2REACCIONES D E PREC IPITA CI N 124 Reglas de solubilidad de compuestos inicos 124 Reacciones de intercambio (mettesis) 126 Ecuaciones inicas 1274 .3REACCIONES C ID O -BA SE 128 cidos 129 Bases 129 cidos y bases fuertes y dbiles 130 Cmo identificar electrolitos fuertes y dbiles 1 31 Reacciones de neutralizacin y sales 132 Reacciones cido-base con formacin de gases 1344 .4REACCIONES D E O XID A CI N -RED U CC I N 135 Oxidacin y reduccin 136 Nmeros de oxidacin 137 Oxidacin de metales por medio de cidos y sales 138 La serie de actividad 140 18. Contenido 4 .5CONCENTRACIN D E D ISO LU C IO N ES 142 Molaridad 144 Cmo expresar la concentracin de un electrolito 145 Interconversin de molaridad, moles y volumen 145 Dilucin 1464 .6ESTEQ U IO M ETRA D E D ISO LU CIO N ES Y ANLISIS Q U M IC O 149 Titulaciones 150 RESUMEN YTRMINOS CLAVE 154 HABILIDADES CLAVE 155 ECUACIONES CLAVE 155 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 156 EJERCICIOS 156 EJERCICIOS ADICIONALES 161 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 162 L a q u i i tea en acci n Anticidos 135 Un p a n o ra m a d e ta lla d o El aura del oro 143 E strateg ias en q u m ic a Anlisis de reacciones qumicas 143 L a q u m ic a y la v id a Beber demasiada agua puede matarlo 1475.1LA NATURALEZA D E LA ENERGA 166 Energa cintica y energa potencial 166 Unidades de energa 167 Sistemas y entornos 168 Transferencia de energa: trabajo y calor 1685 .2LA PRIM ERA LEY D E LA TERM O D IN M ICA 170 Energa interna 170 Relacin entre AE, calor y trabajo 171 Procesos endotrmicos y exotrmicos 172 Funciones de estado 1725 .3ENTALPA 1745 .4ENTALPAS D E REACCIN 1775 .5CALORIM ETRA 179 Capacidad calorfica y calor especfico 179 Calorimetra a presin constante 182 Bomba calorimtrica (calorimetra a volumen constante) 1835 .6LEY D E H ESS 1845 .7ENTALPAS D E FORM ACIN 188 Cmo utilizar las entalpias de formacin para calcular las entalpias de reaccin 1905.8ALIM EN TO S Y C O M BU STIBLES 193 Alimentos 193 Combustibles 195 Otras fuentes de energa 197 RESUMEN YTRMINOS CLAVE 199 HABILIDADES CLAVE 200 ECUACIONES CLAVE 201 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 201 EJERCICIOS 202 EJERCICIOS ADICIONALES 207 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 209 Un fu m ar an u tic tu i Energa, entalpia y trabajo P-V 176 E stra teg ia s en q u m ic a Uso de la entalpia como una gua 180 L a q u m ic a y la v id a Regulacin de la temperatura del cuerpo humano 185 L a q u m ic a ei a c c i n El automvil hbrido 196^Estructura electrnica de los tomos2106.1LA NATURALEZA ONDULATORIA D E LA LUZ 2 1 26 .2ENERGA CUANTIZADA Y FO TO N ES 21 5 Objetos calientes y cuantizacin de energa 215 El efecto fotoelctrico y los fotones 2 166 .3ESPEC TRO S D E LNEAS Y EL M O D ELO D E BO H R 218 Espectros de lneas 218 El modelo de Bohr 219 Los estados de energa del tomo de hidrgeno 220 Limitaciones del modelo de Bohr 2226 .4E L COM PORTAM IENTO O N DULATORIO D E LA MATERIA 2 22 El principio de incertidumbre 2236 .5MECNICA CUNTICA Y O RBITA LES ATM ICO S 2 2 4 Orbitales y nmeros cunticos 226xvii 19. xviiiContenido 6 .6REPRESENTACIONES D E O R BITA LES 228 Orbitales s 228 Orbitales p 231 Orbitales d y f 2326 .7TOM OS PO LIELEC TR N IC O S 23 2 Orbitales y sus energas 232 Espn electrnico y el principio de exclusin dePauli 2336 .8CON FIGURACION ES ELECTRN ICAS 234 Regla de Hund 235 Configuraciones electrnicas abreviadas 237 Metales de transicin 238 Lantnidos y actnidos 2396 .9CONFIGURACIONES ELECTRNICAS Y LA TABLA PERI DICA 240 Configuraciones electrnicas anmalas 243 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 244 HABILIDADES CLAVE 245 ECUACIONES CLAVE 246 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 246 EJERCICIOS 247 EJERCICIOS ADICIONALES 251 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 253 Un pan o ram a d et, Un pan o ram a d e ,La velocidad de la luz 214 Medicin y el principio de incertidumbre 225 Densidad de probabilidad y funciones deprobabilidad radial 230 Evidencia experimental del espn electrnico 234 L a q u m ic a y la v id a Espn nuclear e imgenes por resonancia magntica 236fPropiedades peridicas de los elementos 254 7 .1DESARROLLO D E LA TABLA PER I D IC A 2567 .2CARGA NUCLEAR EFECTIVA 25 77 .3TAMAOS D E LOS TOM OS Y D E LO S IONES 2 59 Tendencias peridicas de los radios atmicos 262 Tendencias peridicas de los radios inicos 2637 .4ENERGA D E IONIZACIN 264 Variaciones en las energas de ionizacin sucesivas 266 Tendencias peridicas en las primeras energas de ionizacin 267 Configuraciones electrnicas de iones 2687 .5AFIN ID A DES ELECTRN ICAS 2707 .6METALES, NO METALES Y M ETALOIDES 271 Metales 272 No metales 274 Metaloides 2767 .7TENDENCIAS D E GRUPO D E LO S METALES ACTIVO S 2 7 6 Grupo 1A: los metales alcalinos 276 Grupo 2A: los metales alcalinotrreos 2797 .8TENDENCIAS D E GRUPO D E NO M ETALES SELEC TO S 281 Hidrgeno 281 Grupo 6A: el grupo del oxigeno 282 Grupo 7A: los halgenos 283 Grupo 8A: los gases nobles 284 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 256 HABILIDADES CLAVE 287 ECUACIONES CLAVE 287 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 288 EJERCIOOS 289 EJERCICIOS ADICIONALES 292 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 294 Carga nuclear efectiva 260 L a q u m ic a y la v id a El tamao inico marca la diferencia 265 L a q u m ic a y la trida El increble desarrollo de los frmacos con litio 2808Conceptos bsicos de los enlaces qumicos 296 8 .1ENLACES Q U M IC O S, SM B O LO S D E LEW IS Y LA REGLA D EL O C TETO 2 9 8 Smbolos de Lewis 298 La regla del octeto 299 20. Contenido 8 .2ENLACE I N ICO 29 9 Aspectos energticos de la formacin de enlaces inicos 301 Configuraciones electrnicas de iones de los elementos de los bloques s y p 302 Iones de metales de transicin 3038 .3ENLACE COVALENTE 305 Estructuras de Lewis 305 Enlaces mltiples 3078 .4POLARIDAD D E ENLACE Y ELECTRON EGATIVIDAD 3 0 7 Electronegatividad 308 Electronegatividad y polaridad de enlace 308 Momentos dipolares 310 Cmo distinguir los enlaces inicos de los covalentes 3128.5REPRESEN TACIN D E LAS ESTRUCTURAS D E LEW IS 314 Carga formal 3168.6ESTRUCTURAS D E RESONANCIA 319 Resonancia en el benceno 3218 .7EXC EPC IO N ES A LA REGLA D E L O C TETO 322 Nmero impar de electrones 322 Menos de un octeto de electrones de valencia 322 Ms de un octeto de electrones de valencia 3238.8FUERZA D E LO S ENLACES COVALENTES 32 5 Entalpias de enlace y entalpias de reaccin 326 Entalpia de enlace y longitud de enlace 329 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 331 HABILIDADES CLAVE 332 ECUACIONES CLAVE 332 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 332 EJERCIOOS 333 EJERCICIOS ADICIONALES 336 EJERCIOOS DE INTEGRACIN 338 i > p a n oren tui d e tu lia d n de Bom -Haber 304Clculo de energas de red: ciclo Nmeros de oxidacin, cargas formales y cargas9parciales reales 318 l a q u m ic a en a c c iLos explosivos y Alfred Nobel 328Geometra molecular y teoras de enlace 340 9.1FORMAS M OLECULARES 3429 .2E L M O D ELO RPECV 344 El efecto de los electrones no enlazantes y de los enlaces mltiples sobre los ngulos de enlace 348 Molculas con capas de valencia expandidas 349 Formas de molculas ms grandes 3529 .3FORMA M O LECULA R Y POLARIDAD M OLECULAR 3 539 .4ENLACES COVALENTES Y TRASLAPE D E ORBITA LES 3559 .5ORBITA LES H B R ID O S 357 Orbitales hbridos sp 357 Orbitales hbridos sp2 y sp3 358 Hibridaciones que involucran orbitales d 360 Resumen de orbitales hbridos 3609 .6ENLACES M LTIPLES 362 Estructuras de resonancia, deslocalizacin y enlaces ir 365 Conclusiones generales 3689 .7ORBITA LES MOLECULARES 36 8 La molcula de hidrgeno 368 Orden de enlace 3709.8MOLCULAS D IAT M ICAS D E L SEGUN DO PER IO D O 371 Orbitales moleculares para Li2 y Be2 371 Orbitales moleculares de orbitales atmicos 2p 372 Configuraciones electrnicas del B2 al Ne 375 Configuraciones electrnicas y propiedades moleculares 376 Molculas diatmicas heteronucleares 379xix 21. RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 381 HABILIDADES CLAVE 383 ECUACIONES CLAVE 383 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 383 EJERCICIOS 384 EJERCICIOS ADICIONALES 388 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 39010L a q u m ic a y la in da La qumica de la vista 367 Fases de orbitales atmicos y moleculares 373 L a q u m ic a en acci n Orbitales y energa 380Gases39210.1CA RACTERSTICAS D E LO S GASES 3941 0 .2PR ESI N 395 La presin atmosfrica y el barmetro 3951 0 .3LAS LEYES D E LO S GASES 39 8 Relacin presin-volumen: ley de Boyle 399 Relacin temperatura-volumen: ley de Charles 400 Relacin cantidad-volumen: ley de Avogadro 4001 0 .4LA ECUACIN D EL GAS IDEAL 402 Relacin entre la ecuacin del gas ideal y las leyes de los gases 4041 0 .5OTRAS APLICACIONES D E LA ECUACIN D EL GAS IDEAL 406 Densidades de los gases y masa molar 406 Volmenes de gases en reacciones qumicas 4081 0 .6MEZCLAS D E GASES Y PRESIO N ES PARCIALES 410 Presiones parciales y fracciones molares 411 Recoleccin de gases sobre agua 4121 0 .7TEO RA CIN TICA -M OLECU LA R 414 Distribuciones de las velocidades moleculares 414 de los gases 415Aplicacin de las leyes10 .8EFU SI N Y D IFU SI N M O LECULAR 4 1 7 Ley de efusin de Graham 418 Difusin y trayectoria libre media 4191 0 .9GASES REALES: DESVIACIONES D EL COM PORTAM IENTO IDEAL 420 La ecuacin de van der Waals 422 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 425 HABILIDADES CLAVE 426 ECUACIONES CLAVE 426 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 426 EJERCICIOS 427 EJERCIOOS ADICIONALES 432 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 43411L a q u m ic a y la v id a Presin arterial 398 E strateg ias en q u m ic a Clculos que involucran muchas variables 404 L a q u m ic a en accin Tuberas de gas 409 V): prn toravu i d etu h La ecuacin del gas ideal 416 L a q u m ic a en accin Separaciones de gases 420Fuerzas intermoleculares, lquidos y slidos 436 11.1COMPARACIN M OLECULAR D E LO S GASES, LQ U ID O S Y S L ID O S 4 3 81 1 .2FUERZAS IN TERM O LECULARES 439 Fuerzas ion-dipolo 440 Fuerzas dipolo-dipok) 440 Fuerzas de dispersin de London 441 Enlace por puente de hidrgeno 443 Comparacin de las fuerzas intermoleculares 4461 1 .3ALGUNAS PRO PIED A D ES D E LO S L Q U ID O S 44 7 Viscosidad 447 Tensin superficial 448 22. Contenido 1 1 .4CAM BIOS D E FASE 449 Cambios de energa que acompaan a los cambios de fase 449 Curvas de calentamiento 450 Temperatura y presin crticas 4521 1 .5PRESI N D E VAPOR 453 Explicacin de la presin de vapor en el nivel molecular 454 Volatilidad, presin de vapor y temperatura 454 Presin de vapor y punto de ebullicin 4551 1 .6DIAGRAMAS D E FASES 456 Diagramas de fases del H y el CO2 457 2O11 .7ESTRUCTURAS D E LO S S L ID O S 458 Celdas unitarias 460 La estructura cristalina del cloruro de sodio 461 Empaquetamiento compacto de esferas 46311.8ENLACES EN LO S S L ID O S 464 Slidos moleculares 464 Slidos de redes covalentes 466 Slidos inicos 467 Slidos metlicos 467 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 469 HABILIDADES CLAVE 470 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 471 EJERCICIOS 472 EJERCICIOS ADICIONALES 477 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 47812L a q u m ic a eti accin Extraccin mediante fluidos supercrticos 453 Un pin La ecuacin de Clausius-Clapeyron 456 Difraccin de rayos X por medio de cristales 465 Un p a n o ra m a d eta lla d o La tercera forma del carbono 468Materiales modernos48012.1CLASES D E MATERIALES 4 8 21X 2ESTRUCTURA ELECTR N ICA D E LO S MATERIALES 48212 .3SEM ICO N D U C TO RES 4 8 4 Dopado de semiconductores 488 El chip de silicio 489 Conversin de energa solar 489 Diodos semiconductores de emisin de luz 49212 .4MATERIALES CERM ICOS 493 Aplicaciones de los materiales cermicos 494 cermicos 494Fabricacin de materiales12 .5SU PERCO N D U C TO RES 495 Superconductores cermicos 49712 .6PO LM ERO S Y PL STICO S 499 Sntesis de polmeros 499 Estructuras y propiedades fsicas de los polmeros 50212 .7BIOM ATERIALES 505 Caractersticas de los biomateriales 507 Biomateriales polimricos 507 Reparacin del corazn 508 Injertos vasculares 509 Tejido artificial 50912.8CRISTALES L Q U ID O S 510 Tipos de fases lquido-cristalinas 51112 .9NANOMATERIALES 513 Semiconductores en la nano escala 513Metales en la nanoescala 515Nanotubos de carbono 515 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 517 HABILIDADES CLAVE 519 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 519 EJERCICIOS 520 EJERCICIOS ADICIONALES 524 EJERCIOOS DE INTEGRACIN 525 Un p a n L a q u m ic a L a q u m ic a L a q u m ic a L a q u m ic aen en en enaccin accin accin accinLos transistores 490 Alcance de las torres para telefona celular 498 Reciclaje de plsticos 501 Hacia el automvil de plstico 506 Entallas de cristal lquido 513xxi 23. xxiiContenido13Propiedades de las disoluciones52613.1EL PR O C ESO D E D ISO LU C I N 52 8 El efecto de las fuerzas intermoleculares 528 Cambios de energa y formacin de disoluciones 529 Formacin de disoluciones, espontaneidad y entropa 531 Formacin de disoluciones y reacciones qumicas 5331 3 .2D ISO LU CIO N ES SATURADAS Y SO LU BILID A D 5 341 3 .3FACTORES QUE AFECTAN LA SO LU BILID A D 535 Interacciones soluto-disolvente 536 Efectos de la presin 539 Efectos de la temperatura 5411 3 .4FORMAS D E EXPRESA R LA CONCENTRACIN 542 Porcentaje en masa, ppm y ppb 542 Fraccin molar, molaridad y molalidad 543 Conversin de unidades de concentracin 5441 3 .5PRO PIEDA D ES COLIGATIVAS 5 46 Disminucin de la presin de vapor 546 Elevacin del punto de ebullicin 549 Disminucin del punto de congelacin 550 smosis 551 Determinacin de la masa molar 5551 3 .6CO LO ID ES 556 Coloides hidroflicos e hidrofbicos 557 Eliminacin de las partculas coloidales 560 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 561 HABILIDADES CLAVE 562 ECUACIONES CLAVE 363 VISUALIZAQN DE CONCEPTOS 563 EJERCICIOS 565 EJERCICIOS ADICIONALES 569 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 57014Un p a n o ra m a detalla:1c, Hidratos 533 L a q u m ic a y la v id a Vitaminas solubles en grasas y en agua 538 L a q u m ic a y la v id a Gases de la sangre y buceo en aguas profundas 540 Disoluciones ideales con dos o ms componentes voltiles 548 Propiedades coligativas de las disoluciones de electrlitos 554 L a q u m ic a y la trida Anemia drepanoctica 559Cintica qumica57214.1FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS V ELO CID AD ES D E REACCIN 5741 4 .2VELO CID AD ES D E REACCIN 575 Cambio de la velocidad con el tiempo 577 Velocidad instantnea 577 Velocidades de reaccin y estequiometra 5781 4 .3LA LEY D E LA V ELO CID A D : EFEC TO D E LA CONCENTRACIN SO B R E LA V ELO CID A D 580 rdenes de reaccin: los exponentes en la ley de velocidad 581 Unidades de las constantes de velocidad 583 Uso de las velocidades iniciales para determinar las leyes de velocidad 5841 4 .4CAM BIO D E LA CONCENTRACIN CON EL TIE M P O 58 5 Reacciones de primer orden 586 Reacciones de segundo orden 588 Vida media 5891 4 .5TEMPERATURA Y V ELO CID A D 591 Modelo de colisiones 592 El factor orientacin 592 Energa de activacin 592 La ecuacin de Arrhenius 594 Cmo determinar la energa de activacin 5951 4 .6MECANISMOS D E REACCIN 5 9 7 Reacciones elementales 597 Mecanismos multietapas 598Leyesde velocidad para reacciones elementales 599 Etapa determinante de la velocidad de un mecanismo multietapas 600 Mecanismos con una etapa inicial lenta 601 Mecanismos con una etapa inicial rpida 602 24. Contenido 1 4 .7CATLISIS 605 Catlisis homognea 605 Catlisis heterognea 606 Enzimas 608 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 613 HABILIDADES CLAVE 614 ECUACIONES CLAVE 614 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 615 EJERCICIOS 616 EJERCICIOS ADICIONALES 622 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 624 Uso de mtodos espectroscpicos para medir velocidades de reaccin 580 l a q u m ic a en accin Bromuro de metilo en la atmsfera 590 L a q u m ic a en acci n Convertidores catalticos 608 L a q u m ic a y la v id a Fijacin del nitrgeno y nitrogenasa 61015Equilibrio qumico62615.1E L CON CEPTO D E E Q U IL IB R IO 6 2 81 5 .2LA CONSTANTE D E E Q U IL IB R IO 630 Cmo evaluar Kc 632 Constantes de equilibrio en trminos de la presin, K 633 p Constantes de equilibrio y unidades 6351 5 .3INTERPRETAR Y TRABAJAR CON LAS CONSTANTES D E E Q U IL IB R IO 635 Magnitud de las constantes de equilibrio 635 Sentido de la ecuacin qumica y K 636 Relacin de las ecuaciones qumicas y las constantes de equilibrio 6371 5 .4E Q U IL IB R IO S HETEROG N EO S 6391 5.5CLCULO D E LAS CONSTANTES D E E Q U IL IB R IO 6411 5 .6APLICACIONES D E LAS CONSTANTESDE E Q U IL IB R IO 644 Prediccin del sentido de la reaccin 644 Clculo de las concentraciones de equilibrio 6451 5 .7P R IN C IPIO D E LE CH TELIER 648 Cambio en las concentraciones de reactivos o productos 649 Efectos de los cambios de volumen y presin 649 Efecto de los cambios de temperatura 651Efecto de los catalizadores 654RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 657 HABILIDADES CLAVE 657 ECUACIONES CLAVE 658 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 658 EJERCICIOS 660 EJERCICIOS ADICIONALES 662 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 66416L a q u m ic a en accin El proceso Haber 631 h a q u m ic a en a ccio Control de las emisiones de xido ntrico 656Equilibrios cido-base66616.1 CID OS Y BASES: UN REPASO B R EV E 6681 6 .2 CID OS Y BASES D E B R 0N ST ED -L O W R Y 668 El ion H en agua 669 + Reacciones de transferencia de protones 669 Pares conjugados cido-base 670 Fuerzas relativas de cidos y bases 6721 6 .3LA AUTOIONIZACIN D EL AGUA 673 El producto inico del agua 6741 6 .4LA ESCALA D E PH 675 El pOH y otras escalas "p" 6781 6.5 CID OS Y BASES FU ERTES 6 7 9 cidos fuertes 679 Bases fuertes 6801 6 .6 C ID O S D BILES 681 Clculo de Ka a partir del pH 682 Uso de Ka para calcular el pH 684Medicin del pH 678Porcentaje de ionizacin 683 cidos poliprticos 688 9 (Pxxiii 25. xxivContenido 1 6 .7BASES D BIL E S 6 9 0 Tipos de bases dbiles 69216 .8RELACIN E N TR E Ka Y K b 6 9 31 6 .9PRO PIEDA D ES C ID O -BA SE D E LAS D ISO LU CIO N ES D E SA L E S 6 9 5 Capacidad de un anin para reaccionar con agua 696 Capacidad de un catin para reaccionar con agua 696 el anin en disolucin 697Efecto combinado del catin y1 6 .1 0COM PORTAM IENTO C ID O -BA SE Y ESTRUCTURA QUM ICA 699 Factores que influyen en la fuerza de los cidos 699 cidos binarios 699 Oxicidos 700 cidos carboxlicos 70216.11 CID O S Y BASES D E LEW IS 704 Hidrlisis de los iones metlicos 705 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 707 HABILIDADES CLAVE 708 ECUACIONES CLAVE 708 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 709 EJERCICIOS 710 EJERCICIOS ADICIONALES 715 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 716 L a q u m ic a en accin Aminas y clorhidratos de amina 694 L a q u m ic a y la v id a Comportamiento anftero de los aminocidos 703VAspectos adicionales del equilibrio acuoso 718 17.1EL E FEC T O D EL IO N COMN 7 2 01 7 .2D ISO LU CIO N ES AMORTIGUADORAS 723 Composicin y accin de las disoluciones amortiguadoras 723 Clculo del pH de una disolucin amortiguadora 724 Capacidad amortiguadora e intervalos de pH 726 Adicin de cidos o bases fuertes a disoluciones amortiguadoras 7271 7 .3TITULA CIO N ES C ID O -BA SE 7 3 0 Titulaciones cido fuerte-base fuerte 730 Titulaciones cido dbil-base fuerte 733 Titulaciones de cidos poliprticos 7371 7 .4E Q U IL IB R IO S D E SO LU BILID A D 73 71 7 .5FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SO LU BILID A D 741 Efecto del ion comn 741 Solubilidad y pH 742 Formacin de iones complejos 745 Anfoterismo 7481 7 .6PRECIPITA CI N Y SEPARACIN D E IO N ES 750 Precipitacin selectiva de iones 7511 7 .7ANLISIS CUALITATIVO D E ELEM EN TO S M ETLICOS 7 5 3 RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 756 HABILIDADES CLAVE 757 ECUACIONES CLAVE 757 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 757 EJERCICIOS 759 EJERCICIOS ADICIONALES 763 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 764La constante del producto de solubilidad, Kp 73818Solubilidad y Kps 738L a q u m ic a y la v id a La sangre como una disolucin amortiguadora 729 Un p a n orn a: a d e i Limitaciones de los productos de solubilidad 741 L a q u m ic a y la v id a Hundimientos 744 L a q u m ic a y la v id a Caries dental y fluoradn 747Qumica ambiental 766 18.1LA ATMSFERA T E R R E ST R E 768 Composicin de la atmsfera 7691 8 .2REG ION ES EXTERNAS D E LA ATM SFERA 7 7 0 Fotod 'isociacin 770 Fotoionizacin 772 26. 1 8 .3 1 8 .4OZONO EN LA ATMSFERA SU PER IO R 7 7 2 Adelgazamiento de la capa de ozono 774 QUM ICA D E LA TR O PO SFER A 7 7 5 Compuestos del azufre y lluvia cida 776 Monxido de carbono 778 xidos de nitrgeno y esmog fotoqumico 779 Vapor de agua, dixido de carbono y clima 78018.5EL OCANO MUNDIAL 7 8 3 Agua de mar 783 Desalinizacin 78418 .6A G U A D U LCE 785 Oxgeno disuelto y calidad del agua 786 Tratamiento de suministros de agua municipales 78618 .7QUM ICA V ERD E 788 Disolventes y reactivos 789Otros procesos 790Los retos de la purificacin dd agua 790 RESUMEN YTRMINOS CLAVE 792 HABILIDADES CLAVE 793 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 794 EJERCICIOS 794 EJERCIOOS ADICIONALES 797 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 798 Otros gases invernadero 782 Lia p an u rian a d i'talL id o Ablandamiento del agua 78819Termodinmica qumica19.119 .2800PRO C ESO S ESPONTNEOS 8 0 2 Un criterio de espontaneidad 804 Procesos reversibles e irreversibles 804 ENTROPA Y LA SEGUNDA LEY D E LA TERM O D IN M ICA 80 6 Cambio de entropa 806 AS en los cambios de fase 807 La segunda ley de la termodinmica 80819 .3IN TERPRETACI N MOLECULAR D E LA EN TROPA 809 Movimientos moleculares y energa 809 Ecuacin de Roltzmann y micro estados 810 Cmo hacer predicciones cualitativas sobre el AS 813 La tercera ley de la termodinmica 81619 .4CAM BIOS D E ENTROPA EN LAS REACCIONES QUM ICAS 81 7 Cambios de entropa en el entorno 81819 .5ENERGA L IB R E D E G IB B S 81 9 Energa libre estndar de formacin 82219 .6ENERGA L IB R E Y TEM PERATURA 82419 .7ENERGA L IB R E Y LA CONSTANTE D E E Q U IL IB R IO 826 RESUMEN YTRMINOS CLAVE 832 HABILIDADES CLAVE 832 ECUACIONES CLAVE 833 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 833 EJERCICIOS 834 EJERCICIOS ADICIONALES 839 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 840 El cambio de entropa cuando un gas se expande isotrmicamente 808 Entropa y probabilidad 812 L a q u m ic a y la v id a La entropa y la vida 815 Qu tiene delibre"la energa libre? 822 1m q u m ic a y la v id a Como impulsar las reacciones no espontneas 830 27. cContenido20 Electroqumicaoxxvi8422 0 .1ESTADOS D E O XID A CI N Y REACCIONES D E O XID A CI N -RED U CC I N 8 4 42 0 .2BALANCEO D E ECUACIONES D E O XIDACIN RED U CC I N 846 Medias-reacciones 846 Balanceo de ecuaciones por el mtodo de las medias-reacciones 846 Balanceo de ecuaciones para las reacciones que se llevan a cabo en una disolucin bsica 8492 0 .3CELDAS VOLTAICAS 851 Punto de vista molecular de los procesos de electrodos 8542 0 .4FEM D E CELDA BAJO C O N D ICIO N ES ESTNDAR 855 Potenciales de reduccin estndar (media-celda) 856 Fuerzas de los agentes oxidantes y reductores 8602 0 .5ENERGA L IB R E Y REACCIONES D E O XID A CI N -RED U CC I N 86 2 FEM y AC 8632 0 .6FEM D E CELDA BAJO C O N D ICIO N ES NO ESTNDAR 865 La ecuacin de Nemst 865 Celdas de concentracin 8672 0 .7BATERAS Y CELDAS D E C O M BU STIBL E 8 7 0 Bateras de plomo y cido 871 Batera alcalina 872 Bateras de nquel-cadmio, nquel e hidruro metlico y ion litio 872 Celdas de combustible de hidrgeno 8732 0 .8CO RRO SI N 874 Corrosin del hierro 8742 0 .9Prevencin de la corrosin del hierro 875E L E C T R L ISIS 876 Aspectos cuantitativos de la electrlisis 878Trabajo elctrico 879RESUMEN Y TRMINOS CLAVE 881 HABILIDADES CLAVE 882 ECUACIONES CLAVE 883 VISUALIZACIN DE CONCEPTOS 883 EJERCICIOS 884 EJERCICIOS ADICIONALES 889 EJERCICIOS DE INTEGRACIN 89021L a q u m ic a y la v id a Latidos cardiacos y electrocardiografa 868 L a q u m ic a en O T3 98.6 F t .5 32 FTemperatura normal del cuerpoEl agua se congelaEscala Fahrenheit*La masa y el peso no son trminos intercambiables, pero con frecuencia se piensa, errneamente, que son b mismo. El peso de un objeto es a fuerza que su masa ejerce debido a la gravedad. En el espacio, donde bs fuerzas gravitacionales son muy dbiles, un astronauta puede no tener peso, pero no es posible que no tenga masa. De hecho, en el espacio la masa del astronauta es la misma que en la Tierra.4 Figura 1.18 Comparacin de las escalas de temperatura Kelvin, Celsius y Fahrenheit. El punto de congelacin y de ebullicin del agua, as como la temperatura normal del cuerpo humano, se indican en cada una de las escalas.15 59. 16C A P T U L O 1Introduccin: materia y medicin La escala K e lv in es la escala de temperatura del SI, y la unidad SI de tempe ratura es el kelvin (K). Con el tiempo, la escala Kelvin se bas en las propiedades de los gases; en el captulo 10 consideraremos sus orgenes. En esta escala el cero es la temperatura ms baja que puede alcanzarse, -2 7 3 .1 5 C, una temperatura a la que llamamos cero absoluto. Tanto la escala Celsius como la Kelvin tienen unidades del mismo tamao, es decir, un kelvin tiene el mismo tamao que un grado Celsius. De este modo, las escalas Kelvin y Celsius se relacionan de la siguiente forma: K = C + 273.15[1.1]El punto de congelacin del agua, 0 C, es 273.15 K (Figura 1.18). Observe que no utilizamos el smbolo de grado () con temperaturas en la escala Kelvin. La escala comn de temperatura en Estados Unidos es la escala Fahrenheit, la cual no se utiliza generalmente en estudios cientficos. En dicha escala el agua se congela a 32 F, y hierve a 212 F. Las escalas Fahrenheit y Celsius se relacionan de la siguiente forma: C = | (F - 32)EJERCICIO RESUELTO 1.3oF = | (C ) + 32 O[1.2]Conversin de unidades de temperaturaSi un hombre que pronostica el tiempo predice que la temperatura del da alcanzar los 31 C, cul es la temperatura predicha en (a) K, (b) F? S O LU C I N (a) Utilizando la ecuacin 1.1, tenemos K = 31 + 273 = 304 K 9 (b) Utilizndola ecuacin 1.2,tenemos F - (31) + 32 = 56 + 32 = 88 F 5 EJERCICIO DE PR CTICAEl etilenglicol, el principal ingrediente de los anticongelantes, se congela a 115 C. Cul es el punto de congelacin en (a) K, (b) F? R espu estas: (a) 261.7 K, (b) 113 F.Unidades derivadas del SIm 1 dm3 = 1 LLas unidades SI fundamentales de la tabla 1.4 se utilizan para derivar las unidades de otras cantidades. Para hacer esto utilizamos la ecuacin que define la cantidad, y sustituimos las unidades fundamentales adecuadas. Por ejemplo, la velocidad se define como la razn de distancia recorrida en un lapso de tiempo. Entonces, la unidad SI para la velocidad es m/s, la cual leemos como "metros por segundo", y que es la unidad SI para la distancia (longitud), m, dividida entre la unidad SI para el tiempo, s. Ms adelante en el libro encontraremos muchas unidades derivadas, como la de fuerza, presin y energa. En este captulo analizaremos las unidades derivadas para el volumen y la densidad.1 cm3 = 1 mLVolumen 1 cm A Figura 1.19 Relaciones volumtricas. E volumen ocupado por l un cubo que mide 1 m por lado es de un metro cbico, 1 m3 (imagen superior). Cada metro cbico contiene 1000 dm3 (imagen central). Un litro representa el mismo volumen que un decmetro cbico, 1 L = 1 dm3. Cada decmetro cbico contiene 1000 centmetros cbicos, 1 dm3 = 1000 cm3. Cada centmetro cbico equivale a 1 mililitro, 1 cm3 = 1 mL (imagen inferior).El volumen de un cubo est dado por su longitud elevada al cubo (longitud)3. Por lo tanto, la unidad SI para el volumen es la unidad SI para la longitud, m, elevada a la tercera potencia. El metro cbico, o m 3, es el volumen de un cubo que mide 1 m por cada lado. En qumica con frecuencia se utilizan unidades ms pequeas como los centmetros cbicos, cm 3 (algunas veces escritos como cc). Otra unidad de vo lumen comnmente utilizada en qumica es el litro (L), el cual equivale a un dec metro cbico, dm3, y es ligeramente ms grande que un cuarto de galn. El litro es la primera unidad mtrica que hemos encontrado que no pertenece al SI. En un litro hay 1000 mililitros (mL) (Figura 1.19 *), y cada mililitro representa el mismo volumen de un centmetro cbico: 1 mL = 1 cm3. Los trminos mililitro y centmetro cbico se utilizan de manera indistinta para expresar el volumen. El material de laboratorio para medir el volumen, que se utiliza con mayor fre cuencia en qumica, se ilustra en la figura 1.20 Las jeringas, buretas y pipetas ex . pulsan los lquidos con mayor precisin que las probetas graduadas. Los matraces volumtricos se utilizan para contener volmenes especficos de lquido. 60. 1.423 4 5 45 46 47 48 Llave de 49 paso, una 50 vlvula para b controlar el flujo de lquido2010 Probeta graduada^PINSELOJeringaUN174 Rgura 1 .2 0 Material de vidrio volumtrico comn. La probeta graduada, la jeringa y la bureta se utilizan en los laboratorios para expulsar volmenes variables de lquido. La pipeta se utiliza para expulsar un volumen especfico de lquido. El matraz volumtrico contiene un volumen especfico de lquido cuando llega hasta la marca de aforo.rrL0 1 mL 100 90 80 70 60 50 40 30Unidades de medicinBuretaPipetaPOCOCul de las siguientes cantidades representa una medicin de volumen: 15 m 2; 2.5 X 102 m3;5.77 L/s?, cmo lo sabe?Densidad La d en sid ad es una propiedad de la materia que se utiliza bastante para caracte rizar una sustancia. La densidad se define como la cantidad de masa por unidad de volumen de la sustancia: masa Densidad = --------volum en[1.3]Las densidades de los slidos y los lquidos comnmente se expresan en uni dades de gramos por centmetro cbico (g/cm3), o en gramos por mililitro (g/mL). Las densidades de algunas sustancias comunes aparecen en la tabla 1 .6 t . No es coin cidencia que la densidad del agua sea de 1.00 g/ mL; el gramo originalmente se defini como la masa de 1 mL de agua, a una temperatura especfica. Debido a que la mayora de las sustancias cambian de volumen cuando se calientan o se enfran, las densidades dependen de la temperatura. Cuando se reportan densidades la tem peratura debe especificarse. Si no se reporta la temperatura, por lo regular supone mos que la temperatura es de 25 C, cercana a la temperatura ambiente. Los trminos densidad y peso algunas veces se confunden. Una persona que dice que el hierro pesa ms que el aire generalmente quiere decir que el hierro tiene una densidad mayor que la del aire; 1 kg de aire tiene la misma masa que 1 kg de hierro, pero el hierro ocupa un volumen ms pequeo, por lo que tiene una mayor densi dad. Si combinamos dos lquidos que no se mezclan, el lquido menos denso flotar sobre el lquido ms denso.TABLA 1.6 Densidades de algunas sustancias seleccionadas, a 25 C SustanciaDensidad (g/cm3)Aire Madera balsa Etanol Agua Etilenglicol Azcar de mesa Sal de mesa Hierro Oro0.001 0.16 0.79 1.00 1.09 159 2.16 7.9 19.32 61. 18C A P T U L O 1Introduccin: materia y medicinLa auimict en accinLA Q U M IC A E N LAS N O T IC IA Sa qumica es un campo muy dinmico y activo de la ciencia. Debido a que la qumica desempea una funcin muy impor tante en nuestras vidas, aparecen casi a diario en las noticias re portajes sobre cuestiones de importancia qumica. Algunos de ellos hablan sobre avances recientes en el desarrollo de nuevos medicamentos, materiales y procesos. Otros tratan sobre cues tiones ambientales y de seguridad pblica. A medida que estudie qumica, esperamos que desarrolle las habilidades para compren der mejor la importancia que tiene en su vida. Como ejemplos, aqu resumimos algunas historias recientes en las que interviene la qumica.LCombustibles biolgicos, una evaluacin concreta Con la ley de poltica energtica del 2005, el Congreso de Estados Unidos ha dado gran impulso a los combustibles derivados de biomasa, renovables y producidos en casa, como una alternativa al uso de gasolina. La ley requiere que en el 2007,4 mil millones de galones del llamado combustible renovable se mezclen con gasolina, lo que se incrementara a 7 5 mil millones de galones para el 2012. Estados Unidos en la actualidad consume alrededor de 140 mil millones de galones de gasolina por ao. Aunque la ley no indica qu combustibles renovables se deben utilizar, el etanol derivado del maz domina hoy en da las alternativas con un 40% de toda la gasolina que ahora contiene etanol. Una mezcla de 10% de etanol y 90% de gasolina, llamada E10, es la ms comn ya que puede utilizarse casi en cualquier ve hculo. Las mezclas de 85% de etanol y 15% de gasolina, llamadas E85, tambin se encuentran disponibles pero pueden utilizarse slo en motores especialmente modificados que tienen los llama dos vehculos de combustible flexible (FFVs, por sus siglas en in gls) (Figura 1.21T).Al hablar de las ventajas y desventajas del etanol existen mu chos desacuerdos. En 2006, investigadores de la Universidad de Minnesota calcularon que "Aun cuando se dedicara toda la pro duccin de maz y soya de Estados Unidos a la produccin de biocombustibles, slo alcanzara para satisfacer el 12 % de la de manda de gasolina y el 6% de la demanda de diesel". Para conver tir una gama ms amplia de material vegetal en combustibles, a travs de una fraccin mucho mayor de los vegetales disponibles, sera necesario mejorar estos nmeros de manera sustancial. De bido a que la celulosa de la que est constituida la mayora de las plantas no se convierte fcilmente en etanol, se necesitara mucha investigacin para resolver este desafiante problema. Mientras tanto, vale la pena reflexionar que una mejora del 3% en la eficien cia del combustible utilizado en los vehculos desplazara el uso de ms gasolina que toda la produccin de etanol en el 2006.Creacin de un nuevo elemento A la lista de los elementos se ha agregado uno nuevo. La produc cin del elemento ms reciente y pesado (el elemento 118) se anunci en octubre de 2006. La sntesis del elemento 118 result de los estudios realizados de 2002 a 2006 en el Joint Institute for Nuclear Research (JINR) en Dubna, Rusia. Los cientficos del JINR y sus colaboradores del Lawrence Livermore National Laboratory de California anunciaron que haban producido tres tomos del nuevo elemento, un tomo en 2002 y dos ms en 2005. El nuevo elemento se form bombardeando un objetivo de tomos de californio (elemento 98) con un haz de alta energa con sistente en ncleos de tomos de calcio (elemento 20), en un dis positivo llamado acelerador de partculas. En ocasiones, los ncleos de los tomos de dos elementos diferentes se fusionan para formar el nuevo y sper pesado elemento 118. El experimen to de 2002 dur cuatro meses y se utiliz un haz de 2 5 X 1019 to mos de calcio para producir un solo tomo del elemento 118. Los tres tomos del elemento 118, creados durante estos ex perimentos, vinieron y se fueron literalmente en un instante. En promedio, los tomos sobrevivieron tan slo 0.9 milisegundos antes de descomponerse. Estos resultados experimentales fueron recibidos con elo gios, pero tambin con prudencia por parte de otros cientficos de la materia, particularmente por la difcil historia del elemento 118. Otro laboratorio de California, el Lawrence Berkeley Natio nal Laboratory, anunci que en 1999 descubri el elemento 118, pero se retract dos aos despus cuando en una investigacin se encontr que uno de los investigadores haba inventado la in formacin. Este descubrimiento completa un nmero total de cinco elementos creados por el Livermore-Dubna: los elementos 113, 114, 115,116 y 118. Al momento de la publicacin de este libro, el elemento 118 an no tiene nombre.Antibitico importante modificado para combatir la resistencia de las bacteriasA Figura 1.21 Una bomba de gasolina que dispensa etanol E85.La vancomicina es un antibitico de ltimo recurso que se utiliza slo cuando otros agentes antibacterianos no son efectivos. Algu nas bacterias han desarrollado cierta resistencia a la vancomicina, lo que llev a los investigadores a modificar la estructura mo lecular de la sustancia para hacerla ms efectiva en la eliminacin 62. 1.4Unidades de medicin19< Figura 1.22 Comparacin de grupos CO y CH2. Dos molculas, una que contiene el grupo CO (izquierda) y otra que contiene el grupo CH2 (derecha). La sutil diferencia entre estas dos molculas es como la que se produjo cuando se modific la estructura de la molcula ms compleja de vancomicina. (a)(b)de bacterias. Este mtodo se bas en el conocimiento de que la vancomicina funciona adhirindose a cierta protena, llamada glucoprotena, que es esencial para formar las paredes de las clulas bacterianas. Los investigadores han sintetizado ahora un antibi tico anlogo a la vancomicina, en el que un grupo CO de la mo lcula se ha transformado en un grupo CH2 (Figura 122 a ). Esta modificacin molecular incrementa la afinidad del compuesto adherente hacia la glucoprotena de las paredes celulares de las bacterias resistentes a la vancomicina. El anlogo es 100 veces ms activo que la vancomicina contra las bacterias resistentes a ella.La historia del agujero El ozono de la atmsfera superior protege la vida en la Tierra blo queando los rayos ultravioleta dainos provenientes del sol. El "agujero de ozono" es una reduccin severa de la capa de ozono por encima de la Antrtida. Los compuestos producidos por los humanos que liberan cloro y bromo a la estratsfera son los prin cipales causantes del agujero de ozono. La produccin de qumicos que reducen la capa de ozono se prohibi desde 1996, aunque continuarn las emisiones de qu micos producidos y almacenados antes de esta fecha, y que no se destruyeron o reciclaron. Los cientficos predijeron que el agu jero de ozono desaparecera en el ao 2050 debido a la prohibi cin. Sin embargo, la World Meteorological Organization 2006/ United Nations Environment Programme Scientific Assessment of Ozone Depletion emiti recientemente su informe y cambi esta estimacin. Basndose en una combinacin de nuevas me diciones de ozono, modelos de computadoras y clculos revisa Figura 1.23 Letrero hecho con LEDs.dos de la acumulacin de productos qumicos que reducen la capa de ozono, los cientficos estiman ahora que la fecha para la completa recuperacin del ozono antrtico ser en 2065.Sustitucin de la bombilla elctrica a travs de la qumica Si quiere salvar al mundo del calentamiento global, puede comen zar por cambiar las bombillas elctricas incandescentes que des perdician casi el 90% de la energa que se les suministra por la produccin de calor. Una alternativa prometedora a tomar en cuenta para la sustitucin de las bombillas es el campo de los dio dos de emisin de luz (LEDs, por sus siglas en ingls). En la ac tualidad, los LEDs rojos y aquellos que emiten otros colores se encuentran en cualquier parte: en las linternas, en los semfo ros, en las luces traseras de los automviles y en una gran cantidad de aplicaciones electrnicas (Figura 1.23 Y ). Pero para hacerlos realmente importantes en el mundo es necesario que los LEDs produzcan luz blanca a un costo razonable. Se estn realizando grandes logros al hacer LEDs de alta efi ciencia basados en pelculas orgnicas que emiten luz blanca. En estos dispositivos, un material emisor de luz se intercala entre dos conectores elctricos. Cuando la electricidad pasa a travs de la pelcula orgnica, las partculas con cargas opuestas se com binan y emiten luz. Los LEDs orgnicos blancos han mejorado constantemente, y ahora son tan eficientes como los tubos fluo rescentes. Hay mucho trabajo por realizar antes de que estos dis positivos puedan sustituir a las bombillas elctricas, pero el avance ha sido rpido. 63. 20C A P T U L O 1Introduccin: materia y medicinEJERCICIO RESUELTO 1 .4Cmo calcular la densidad y cmo utilizarla para determinar el volumen o la masa(a) Calcule la densidad del mercurio si 1.00 X 102 g ocupan un volumen de 7 3 6 cm3. (b) Calcule el volumen de 65.0 g de metanol lquido (alcohol de madera) si su densidad es 0.791 g/mL. (c) Cul es la masa en gramos de un cubo de oro (densidad = 19.32 g/cm3) si la longitud del cubo es de 2.00 cm? SO LU CI N (a) Tenemos la masa y el volumen, entonces de la ecuacin 12 se obtiene (b) Si resolvemos la ecuacin 1.3 para el volumen y despus utilizamos la masa y la densidad dadas, tenemos^ j masa 1.00 X 102 g Densidad = ---------= -------------------= 13.6 g/cm3 volumen 736 cm3 .. , masa 65.0g Volumen = ----- = = 82 2 mL densidad 0.791 g/mL(c) Podemos calcular la masa a partir del volumen del cubo y su densidad. El volumen de un cubo est dado por su longitud al cubo:Volumen = (2.00 cm)3 = (2.00)3 cm3 = 8.00 cm3Si resolvemos la ecuacin 1 3 para la masa y sustituimos el vo lumen y la densidad del cubo, tenemosMasa = volumen X densidad = (8.00 cm3) (19.32 g/cm3) = 155 gHEJERCICIO DE PR CTICA(a) Calcule la densidad de una muestra de cobre de 3745 g si tiene un volumen de 41.8 cm3. (b) Un estudiante necesita 15.0 g de etanol para un experimento. Si la densidad del etanol es 0.789 g/mL, cuntos mililitros de etanol se necesitan? (c) Cul es la masa, en gramos, de 25.0 mL de mercurio (densidad = 13.6 g/mL)? R espuestas: (a) 8.96 g/cm3, (b) 19.0 mL, (c) 340 g.1.5 IN CERTIDUM BRE EN LAS M EDICIO N ES En el trabajo cientfico encontramos dos tipos de nmeros: los nmeros exactos (aquellos cuyos valores se conocen con exactitud), y los nmeros inexactos (aquellos cuyos valores tienen cierta incertidumbre). La mayora de los nmeros exactos que encontraremos en este curso tienen valores definidos. Por ejemplo, en una docena de huevos hay exactamente 1 2 huevos, en un kilogramo hay exactamente 1 0 0 0 g, en una pulgada hay exactamente 2.54 cm. El nmero 1 de cualquier factor de conver sin entre unidades, como en 1 m = 100 cm o 1 kg = 2 2 046 Ib, tambin es un nmero exacto. Los nmeros exactos tambin pueden resultar del conteo de obje tos. Por ejemplo, podemos contar el nmero exacto de canicas en un bote, o el nmero exacto de personas en un saln de clases. Los nmeros que se obtienen por mediciones siempre son inexactos. El equipo utilizado para medir cantidades siempre tiene limitaciones inherentes (errores de equipo), y hay diferencias en la forma en que las personas realizan la misma me dicin (errores humanos). Suponga que a 10 estudiantes con 10 balanzas se les da la misma moneda para que determinen su masa. Es probable que las 10 mediciones varen un poco entre s por diversas razones. Las balanzas pueden estar calibradas de manera ligeramente distinta, y puede haber diferencias en la forma en que cada estudiante lea la masa de la balanza. Recuerde: siempre existe incertidumbre en las can tidades medidas. Tambin el contar grandes cantidades de objetos, por lo general tiene algn error asociado. Por ejemplo, considere la dificultad para obtener la informa cin exacta de un censo en una ciudad, o el conteo de votos en una eleccin.PINSELOUNPOCOCul de las siguientes es una cantidad inexacta: (a) d nmero de personas en su clase de qumica, (b) la masa de una moneda, (c) d nmero de gram os en un kilo gramo?Precisin y exactitud Los trminos precisin y exactitud con frecuencia se utilizan para explicar las incertidumbres de los valores medidos. La precisin es la medida de qu tanto coinciden 64. 1.5Incertidumbre en las medicioneslas mediciones individuales entre s. La exactitud se refiere a qu tanto coinciden las mediciones individuales con el valor correcto, o "verdadero". La analoga con dardos distribuidos en un tablero representada en la figura 1.24 ilustra la diferencia entre , estos dos conceptos. En el laboratorio a menudo realizamos varios "ensayos" del mismo experi mento y promediamos los resultados. La precisin de las mediciones con frecuen cia se expresa en trminos de lo que llamamos la desviacin estndar, la cual refleja qu tanto difieren las mediciones individuales del promedio, como explicamos en el apndice A. Si cada vez obtenemos casi el mismo valor, ganamos confian za en nuestras mediciones, es decir, si la desviacin estndar es pequea. Sin embargo, la figura 1.24 nos recuerda que mediciones precisas podran ser inexac tas. Por ejemplo, si una balanza muy sensible est mal calibrada, las masas que medimos podran ser consistentemente grandes o pequeas; sern inexactas aun cuando sean precisas.Buena exactitud Buena precisinCifras significativas Suponga que determina la masa de una moneda en una balanza capaz de medir hasta 0.0001 g. Podramos informar que la masa es de 2.2405 0.0001 g. La no tacin ("m s m enos") expresa la magnitud de la incertidumbre de su medicin. En muchos trabajos cientficos omitimos la notacin en el entendido de que siempre hay cierta incertidumbre en el ltimo dgito de una cantidad medida. Es decir, las cantidades medidas generalmente se informan de tal manera que slo el ltimo dgito es incierto. La figura 1.25 muestra un termmetro cuya columna lquida est entre dos marcas de la escala. Podemos leer ciertos dgitos de la escala, y estim ar el dgito incierto. A partir de las marcas de la escala del termmetro, vemos que el lquido se encuentra entre los 25 y 30 C. Podramos estim ar que la tempera tura es de 27 C sin estar completamente seguros del segundo dgito de nuestra medicin. Todos los dgitos de una cantidad medida, incluido el dgito incierto, se cono cen como cifras significativas. Una masa medida, que se informa como 2.2 g, tiene dos cifras significativas, mientras que una que se informa como 2.2405 g, tie ne cinco cifras significativas. A m ayor nmero de cifras significativas, mayor ser la certidumbre implcita en la medicin. Cuando se realizan varias mediciones de una cantidad, los resultados pueden promediarse, y el nmero de cifras significa tivas puede estimarse por medio de mtodos estadsticos.Mala exactitud Buena precisinMala exactitud Mala precisin- 100A Figura 1.24 Precisin y exactitud. La distribucin de dardos en el tablero muestra la diferencia entre exactitud y precisin.c80 C 60 C 40 C 20 C 0C< Figura 1.25 cifras significativas en las mediciones. El termmetro tiene marcas cada 5 C. La temperatura se encuentra entre 25 y 30 C, y es de aproximadamente 27 C. Las dos cifras significativas de la medicin incluyen al segundo dgito, el cual se estima leyendo entre las marcas de la escala.21 65. 22C A P T U L O 1Introduccin: materia y medicinEJERCICIO RESUELTO 1 .5Cmo relacionar las cifras significativas con la incertidumbre de una medicinQu diferencia existe entre los valores medidos 4.0 g y 4.00 g? S O LU CI N Muchas personas diran que no hay diferencia, pero los cientficos notaran la diferencia en el nmero de cifras significativas de las dos mediciones. El valor 4.0 tiene dos cifras sig nificativas, mientras que 4.00 tiene tres. Esta diferencia implica que la primera medicin tiene ms incertidumbre. Una masa de 4.0 g indica que la incertidumbre se encuentra en la primera posicin decimal de la medicin. Entonces, la masa podra ser cualquiera entre 3.9 y 4.1 g, lo que podemos representar como 4.0 0.1 g. Una medicin de 4.00 implica que la incertidumbre se encuentra en la segunda posicin decimal, por lo que la masa podra ser cualquiera entre 3.99 y 4.01 g, lo que podemos representar como 4.00 0.01 g. Sin ms informacin, no podemos estar seguros si la diferencia en las incertidumbres de las dos mediciones refleja la precisin o la exactitud de la medicin. EJERCICIO D E PR CTICAUna balanza tiene una precisin de 0.001 g. Una muestra que tiene una masa de aproxi madamente 25 g se coloca en esta balanza. Cuntas cifras significativas debern infor marse para esta medicin? Respuesta: Cinco, como en la medicin 24.995 g, donde la incertidumbre se encuentra en la tercera posicin decimal.Para determinar el nmero de cifras significativas de una medicin debidamente informada, lea el nmero de izquierda a derecha, contando los dgitos a partir del primero diferente de cero. En cualquier medicin debidamente informada, todos los dgitos diferentes de cero son significativos. Sin embargo, los ceros pueden utilizarse como parte del valor medido, o simplemente para localizar el punto decimal. Por lo tanto, los ceros pueden ser o no significativos, segn como aparezcan en el nmero. Las si guientes pautas describen las diferentes situaciones en las que intervienen ceros: 1. Los ceros que estn entre dgitos diferentes de cero siempre son significativos; 1005 kg (cuatro cifras significativas); 1.03 cm (tres cifras significativas). 2. Los ceros al comienzo de un nmero nunca son significativos; sim plem ente in dican la posicin del punto decimal; 0 .0 2 g (una cifra significativa); 0.0026 cm (dos cifras significativas). 3. Los ceros que estn al fin al de un nmero son significativos si el nmero contie ne un punto decimal; 0.0200 g (tres cifras significativas); 3.0 cm (dos cifras sig nificativas)."Cielos, son las 12:15:0936420175! Es hora del almuerzo".Cuando un nmero termina con ceros, pero no tiene punto decimal, surge un problema. En tales casos es normal suponer que los ceros no son significativos. La notacin exponencial (apndice A) puede utilizarse para indicar claramente si los ceros al final de un nmero son significativos. Por ejemplo, una masa de 10,300 g puede expresarse en notacin exponencial mostrando tres, cuatro o cinco cifras sig nificativas, segn se haya obtenido la medicin: 1.03 X 104 g(tres cifras significativas)1.030 X 10 4 g(cuatro cifras significativas)1.0300 X 104 g(cinco cifras significativas)En estos nmeros, todos los ceros a la derecha del punto decimal son significativos (reglas 1 y 3) (el trmino exponencial no se aade al nmero de cifras significativas). EJERCICIO RESUELTO 1 .6Cmo determinar el nmero de cifras significativas en una medicinCuntas cifras significativas hay en cada uno de los siguientes nmeros (suponga que cada uno representa a una cantidad medida): (a) 4.003, (b) 6.023 X 1023, (c) 5000? S O LU CI N (a) Cuatro; los ceros son cifras significativas. ft>) Cuatro; el trmino exponencial no se aade al nmero de cifras significativas, (c) Uno. Suponemos que los ceros no son signi ficativos cuando no hay punto decimal. Si el nmero tiene ms cifras significativas, debe emplearse el punto decimal, o bien, el nmero debe escribirse en notacin exponencial. Por lo tanto, 5000. tiene cuatro cifras significativas, mientras que 5.00 X 103 tiene tres. 66. 1.5 HIncertidumbre en las medicionesEJERCICIO DE PR CTICACuntas cifras significativas tiene cada una de las siguientes mediciones: (a) 3549 g, (b) 2.3 X 104 cm, (c) 0.00134 m3? R espuestas: (a) cuatro, (b) dos, (c) tres.Cifras significativas en el desarrollo de clculos Cuando utilizamos las cantidades medidas para realizar clculos, k medicin ms incierta limita la certidumbre de la cantidad calculada y, por lo tanto, determina el nmero de cifras significativas en la respuesta fin a l La respuesta final debe informarse con slo un dgito de incertidumbre. Para dar seguimiento a las cifras significativas cuan do realicemos clculos, frecuentemente utilizaremos dos reglas, una para la suma y la resta, y otra para la multiplicacin y la divisin. 1. Al sumar y restar, el resultado tiene el mismo nmero de posiciones decimales que la medicin con menos posiciones decimales. Cuando el resultado contiene ms del nmero correcto de cifras significativas, debe redondearse. Considere el siguiente ejemplo en el que los dgitos inciertos aparecen en color: Este nmero limita el nmero 20.42 de cifras significativas 1.322 en el resultado 83.1 104.842* dos posiciones decimales tres posiciones decimales < una posicin decimal se redondea a una posicin decimal (104.8)Informamos el resultado como 104.8, porque 83.1 slo tiene una posicin de cimal. 2. Al multiplicar y dividir, el resultado contiene el mismo nmero de cifras signifi cativas que la medicin con menos cifras significativas. Cuando el resultado con tiene ms del nmero correcto de cifras significativas, debe redondearse. Por ejemplo, el rea de un rectngulo cuyas longitudes medidas son de 6 . 2 2 1 cm y 5.2 cm, debe informarse como 32 cm2, aunque una calculadora muestre el pro ducto de 6.221 y 5.2 con ms dgitos: rea = (6221 cm) (5.2 cm) = 323492 cm 2 => redondeamos a 32 cm 2 Redondeamos a dos cifras significativas porque el nmero menos preciso, 5.2 cm, slo tiene dos cifras significativas. Observe que en la suma y la resta se cuentan las posiciones decimales, mientras que en la multiplicacin y la divisin se cuentan las cifras significativas. Cuando se determina la respuesta final de una cantidad calculada, los nmeros exactos pueden tratarse como si tuvieran un nmero infinito de cifras significati vas. Esta regla se aplica a muchas conversiones de unidades. De este modo, cuando decimos, "hay 1 2 pulgadas en un pie", el nmero 1 2 es exacto y no tenemos que preocupamos por el nmero de cifras significativas en l. Al redondear nmeros, asegrese de que se elimine el dgito que se encuentra ms a la izquierda: Si el dgito ms a la izquierda de los nmeros por eliminar es menor que 5, el nmero anterior permanece sin cambio. Entonces, al redondear 7.248 a dos cifras significativas, tenemos 7.2. Si el dgito ms a la izquierda de los nmeros por eliminar es igual o mayor que 5, el nmero anterior se incrementa en 1. Al redondear 4.735 a tres cifras significati vas, tenemos 4.74, y si redondeamos 2.376 a dos cifras significativas, tenemos 2.4.* ! EJERCICIO RESUELTO 1 .7Cmo determinar el nmero de cifras significativas en cantidades calculadasEl ancho, largo y alto de una pequea caja son 155 cm, 27.3 cm y 5.4 cm, respectivamente. Calcule el volumen de la caja utilizando el nmero correcto de cifras significativas en su respuesta. *Es probable que su profesor utilice una ligera variante de la regla cuando el dgito ms a la izquierda por diminar sea exactamente 5, si no hay dgitos posteriores o slo son ceros. Una prctica comn es redondear hacia arriba, es decir, hacia el siguiente nmero mayor si el nmero por obtener fuera par, y hacia abajo, es decir, hacia el siguiente nmero menor, en caso contrario. Por lo tanto, 4.7350 se redondeara como 4.74, y 4 7450 tambin se redondeara como 4.74.23 67. 24C A P T U L O 1Introduccin: materia y medicin S O LU CI N El producto del ancho, largo y alto determina el volumen de una caja. Al informar el produc to, slo podemos mostrar las cifras significativas definidas por la dimensin con la menor cantidad de cifras significativas, que en este caso es la altura (dos cifras significativas): Volumen = ancho X largo X alto = (15.5 cmX27 3 cmX5.4 cm) = 2285.01 cm3 = 23 X 1& cm3 Cuando utilizamos una calculadora para realizar estas operaciones, la pantalla muestra 2285.01, lo cual debemos redondear a dos cifras significativas. Debido a que el nmero re sultante es 2300, es mejor expresarlo en notacin exponencial, 2 3 X 103, para mostrar dar a mente dos cifras significativas. EJERCICIO DE PR CTICAUn velocista tarda 10.5 s en correr 100.00 m. Calcule su velocidad promedio en metros por segundo, y exprese el resultado con el nmero correcto de cifras significativas. R espuesta: 95 2 m/s (tres cifras significativas). i EJERCICIO RESUELTO 1 .8Cmo determinar el nmero de cifras significativas en una cantidad calculadaUn gas a 25 C llena un recipiente cuyo volumen es de 1.05 X 103 cm3. El recipiente ms el gas tienen una masa de 837.6 g. El recipiente vaco tiene una masa de 836.2 g. Cul es la densidad del gas a 25 C? SO LU CI N Para calcular la densidad debemos conocer tanto la masa como el volumen del gas. La masa del gas es simplemente la diferencia entre la masa del recipiente lleno y la masa del recipiente vado:(837.6 - 836.2) g = 1.4 gAl restar nmeros, determinamos el nmero de cifras significativas en nuestro resultado, contando las posiciones decimales de cada cantidad. En este caso, cada cantidad tiene una posicin decimal, por lo tanto, la masa del gas, 1.4 g, tiene una posicin decimal. Si utilizamos el volumen proporcionado en la pregunta, 1.05 X 103 cm3, y la definicin de densidad, obtenemosmasa Densidad - volumen1.05 X l^cm3 = 1.3 X 10 3 g/cm3 = 0.0013 g/cm3Al dividir cantidades, determinamos el nmero de cifras significativas de nuestro resultado, contando el nmero de cifras significativas en cada cantidad. En nuestra respuesta hay dos cifras significativas que corresponden al menor nmero de cifras significativas de los dos nmeros de la divisin. Observe que en este ejemplo, al seguir las reglas para determinar cifras significativas, se obtiene una respuesta que slo contiene dos cifras significativas, aun cuando cada una de las cantidades medidas tenga al menos tres cifras significativas. EJERCICIO DE PR CTICACon cuntas cifras significativas debe medirse la masa del recipiente (con y sin gas) del ejercicio resuelto 1.8, para que la densidad por calcular tenga tres cifras significativas? R espuesta: Cinco (para que la diferencia entre las dos masas tenga tres cifras significativas, tanto la masa del recipiente lleno como la del vado deben tener dos posidones decimales. Por lo tanto, cada masa debe medirse con cinco cifras significativas).Cuando un clculo involucra dos o ms pasos y usted anota las respuestas de los pasos intermedios, conserve al menos un dgito adicional para las respuestas inter medias, aparte del nmero de cifras significativas. Este procedimiento garantiza que los pequeos errores de redondeo de cada paso no se combinen y afecten el re sultado final. Cuando utilice una calculadora, introduzca los nmeros tal cual y slo redondee la respuesta final. Los errores de redondeo acumulados pueden ser la causa de pequeas diferencias entre los resultados que obtenga, y las respuestas dadas en el libro para problemas numricos.1.6 ANLISIS DIMENSIONAL A lo largo del libro utilizamos un mtodo llamado anlisis dim ensional como una herramienta para la solucin de problemas. En el anlisis dimensional tomamos en cuenta a las unidades en todos los clculos. Las unidades se multiplican, se di viden o se "cancelan" entre s. El anlisis dimensional ayuda a garantizar que las 68. 1.6 soluciones a los problemas tengan las unidades adecuadas. Adems, proporciona una forma sistemtica para resolver muchos problemas numricos, y verificar nues tras soluciones de posibles errores. La clave para utilizar el anlisis dimensional es el uso correcto de los factores de conversin para cam biar de una unidad a otra. Un fa cto r de co n v ersi n es una fraccin cuyo numerador y denominador representan a la misma cantidad ex presada en unidades diferentes. Por ejemplo, 2.54 cm y 1 in representan la mis ma longitud, 2.54 cm = 1 in. Esta relacin nos permite escribir dos factores de conversin: 2.54 cm 1 in1 iny 2 5 4 cmUtilizamos el primero de estos factores para convertir pulgadas en centmetros. Por ejemplo, la longitud en centmetros de un objeto que mide 8.50 in de largo est dada por I---------------- - Unidad deseada i 2 54 cm Nmero de centmetros = (8.50 jrr) :--------- = 21.6 cm 1 K'---------- 1-----------------------Unidad dadaLa unidad de pulgadas en el denominador del factor de conversin cancela la unidad de pulgadas del dato proporcionado (8 5 0 in). La unidad de centmetros en el numerador del factor de conversin se vuelve la unidad de la respuesta final. De bido a que el numerador y el denominador de un factor de conversin son iguales, multiplicar cualquier cantidad por un factor de conversin equivale a multiplicarla por el nmero 1 y, por lo tanto, no cambia el valor intrnseco de la cantidad. La lon gitud 8.50 in es la misma que la longitud 21.6 cm. En general, comenzamos cualquier conversin analizando las unidades de los datos proporcionados y las unidades que deseamos. Despus nos preguntamos qu factores de conversin tenemos disponibles para que nos conduzcan de las uni dades de la cantidad dada, a las de la cantidad deseada. Cuando multiplicamos una cantidad por un factor de conversin, las unidades se multiplican y se dividen de la siguiente manera: rr j j j w unidad deseada ., , , , Unidad dada x ------ - = unidad deseada unidad dada Si las unidades deseadas no se obtienen en un clculo, entonces seguramente co metimos un error en alguna parte. Una revisin cuidadosa de las unidades por lo general revela el origen del error.mm EJERCICIORESUELTO 1 .9 | Conversin de unidadesSi una mujer tiene una masa de 115 Ib, cul es su masa en gramos? (utilice las relaciones entre unidades que aparecen en la contraportada interior del libro). SO LU C I N Debido a que queremos cambiar de Ib a g, buscamos la relacin entre estas unidades de masa. En la contraportada interior vemos que 1 Ib = 453.6 g. Para cancelar las libras y dejar los gramos escribimos el factor de conversin con gramos en el numerador, y las libras en el denominador: / 453.6 gMasa en gramos = (115 Ib)I ^ ) = ^*22 x 10 6 La respuesta slo debe expresarse con tres cifras significativas; el nmero de cifras signi ficativas en 115 Ib. El proceso que utilizamos aparece en el diagrama al margen. HEJERCICIO DE PR CTICAUtilice un factor de conversin de la contra portada interior para determinar la longitud en kilmetros de una carrera de automviles de 500.0 mi. R espuesta: 804.7 km.Anlisis dimensional 69. 26C A P T U L O 1Introduccin: materia y medicinEstrategias en qumicaE S T IM A C I N D E R E S P U E S T A Sn cierta ocasin, un amigo afirm burlonamente que las calcu ladoras lo hacan obtener la respuesta incorrecta con mayor rapidez. Lo que quera decir con esto era que, a menos que tuviera la estrategia correcta para resolver un problema y oprimiera los nmeros correctos, su respuesta sera incorrecta. Sin embargo, si aprende a estimar las respuestas, podr verificar si las respuestas de sus clculos son razonables.EPINSELOLa idea es realizar clculos aproximados con nmeros re dondeados, de tal manera que se puedan llevar a cabo con fa cilidad operaciones aritmticas sin una calculadora. A este pro cedimiento generalmente se le conoce como de estimaciones "aproximadas", lo que significa que, si bien no proporciona una respuesta exacta, s nos da una casi correcta. Si trabajamos con unidades empleando el anlisis dimensional y la estimacin de respuestas, podemos verificar fcilmente si los resultados de nuestros clculos son razonables o no.UNPOCOCmo determinamos cuntos dgitos utilizar en los factores de conversin, como en d caso de libras y gramos d el ejercido resuelto 1.9? Unidades dadas: 1 cm IO-2 mUtilizar1 inUtilizar2.54 cmv Unidades obtenidas:Uso de dos o ms factores de conversin Con frecuencia es necesario utilizar varios factores de conversin para resolver un problema. Como ejemplo, convirtamos a pulgadas la longitud de una varilla de 8 m. La tabla de la contraportada interior no proporciona la relacin entre metros y pulgadas. Sin embargo, s nos proporciona la relacin entre centmetros y pulgadas, 1 in = 2 5 4 cm. A partir de lo que ya conocemos sobre los prefijos mtricos, sabemos que 1 cm = 10 - 2 m As, podemos efectuar la conversin paso por paso, primero de metros a centmetros y despus de centmetros a pulgadas, como muestra el dia grama al margen. Si combinamos la cantidad dada (8.00 m) con los dos factores de conversin, obtenemos Nmero de pulgadas = (8.00 m)^Unidades dadas:I kmI103 m1 mi 1.6093 kmmi/sUtilizar60 s 1 minUnidades obtenidas:mi/hEJERCICIO RESUELTO 1 .1 0^Conversin de unidades utilizando dos o ms factores de conversinS O LU CI N Para pasar de las unidades dadas, m/s, a las unidades deseadas, mi/h, debemos convertir los metros a millas y los segundos a horas. Como ya conocemos los prefijos mtricos, sabe mos que 1 km = 103 m. En las relaciones que aparecen en la contraportada interior del libro encontramos que 1 mi = 1.6093 km. Entonces, podemos convertir m a km y despus con vertir km a mi. Como tambin sabemos que 60 s = 1 min y 60 min = 1 h, podemos conver tir s a min y despus min a h. Todo el proceso aparece en el diagrama al margen. Si primero aplicamos las conversiones para la distancia y luego para el tiempo, podemos establecer una larga ecuacin en la que se cancelen las unidades no deseadas: . . . . . ,, Velocidad en mi/h =mi/minUtilizar54 cm ) = ^La velocidad promedio de una molcula de nitrgeno en el aire a 25 C es de 515 m/s. Convierta esta velocidad a millas por hora.km/sUtilizar( 2El primer factor de conversin se aplica para cancelar los metros y convertir la lon gitud a centmetros; es por esto que los metros se escriben en el denominador, y los centmetros en el numerador. El segundo factor de conversin se escribe para cancelar los centmetros, por lo que tiene a los centmetros en el denominador y las pulgadas (la unidad deseada) en el numerador.m/sUtilizar)60 min 1hm/ 1 km /1 mi/ 60 s /60 min- 1.15 X 103 mi/h Nuestra respuesta tiene las unidades deseadas. Podemos verificar nuestro clculo me diante el procedimiento de estimacin descrito en el cuadro anterior "Estrategias". La velocidad dada es de aproximadamente 500 m/s. Si dividimos entre 1000, convertimos los m a km, lo que da 0.5 km/s. Debido a que 1 mi equivale aproximadamente a 1.6 km, 70. 1.6esta velocidad corresponde a 05/1.6 = 03 mi/s. Al multiplicar por 60 obtenemos 0.3 X 60 = 20 mi/min. Si multiplicamos de nuevo por 60, tenemos 20 X 60 = 1200 mi/h. La solucin aproximada (alrededor de 1200 mi/h), y la solucin detallada (1150 mi/h) son razonablemente parecidas. La respuesta de la solucin detallada tiene tres cifras significativas que corresponden al nmero de cifras significativas de la velocidad dada en m/s. HEJERCICIO DE PR CTICAUn automvil recorre 28 mi por galn de gasolina. Cuntos kilmetros por litro repre sentan? R espuesta: 12 km/L.Conversiones en que intervienen volmenes Los factores de conversin que acabamos de ver convierten una unidad de medi cin en otra unidad de la misma medicin, como de longitud a longitud. Tambin tenemos factores de conversin que convierten una medida a otra diferente. Por ejemplo, la densidad de una sustancia puede tratarse como un factor de conver sin entre masa y volumen. Suponga que quiere saber la masa en gramos de dos pulgadas cbicas (2.00 in3) de oro, que tiene una densidad de 19.3 g/cm3. La den sidad nos da los siguientes factores de conversin: 19.3 g 1 cmi cm 3y1 9 .3 *Debido a que la respuesta que queremos es la masa en gramos, podemos ver que uti lizaremos el primero de estos factores, el cual tiene la masa en gramos en el numera dor. Sin embargo, para utilizar este factor, primero debemos convertir las pulgadas en cen