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8º Edición Quimica General Prentice Hall Química General Octava edición Datos de catslogeción bikliográfica Ralph H. Petrucci, William S. Harwood, E. Geoffrey Herring QUÍMICA GENERAL. Octava edición. PEARSON EDUCACIÓN, 5. A., Madrid, 2003 ISEN: 84-205-3533-5 Materia: Química, 54 Formato: 195 X 270 Páginas: 1288 Todos los derechos reservados. Queda prohibida, salvo excepción prevista en la ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y sgts. Código Penal). DERECHOS RESERVADOS (O 2018 respecto a la primera edición en espafiol por: PEARSON EDUCACIÓN, S. A. Núniez de Balboa, 120 28006 Madrid RALPHH. PETRUCCI, WILLIAMS. HARWOOD, E GEOFFREY HERRING QUÍMICA GENERAL. Octava edición. ISBN: 84-205-3533-8 Depósito Legal: M- PRENTICE HALL es un sello editorial de PEARSON EDUCACIÓN, S. A. Traducido de: General Chemistry Copyright O 2002, 1997 by Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, New Jersey 07458 ISBN: 0-13-014329-4 Edición en esparol: Equipo editorial: Editora: Isabel Capella Técnico editorial: Marta Caicoya Equipo de producción: Director: José Antonio Clares Técnico: José Antonio Hernán Equipo de disefio de PEARSON EDUCACIÓN,S. A. Composición: COPIBOOK, S. L.. Impreso por: T.G. PENALARA, S.A. IMPRESO EN ESPANA - PRINTED IN SPAIN Prentice Hall Este libro ha sido impreso con papel y tintas ecológicos SE) ID AN O 3 jr fue pah ja jr pu jo ja pah pl Resumen del contenido Las propiedades de la materia y su medida 1 Los átomos y la teoría atómica 33 Compuestos químicos 65 Las reacciones químicas 107 Introducción a las reacciones en disolución acuosa 139 Gases 175 Termoquímica 220 Gases atmosféricos e hidrógeno 266 Los electrones en los átomos 297 La tabla periódica y algunas propiedades atómicas 356 Enlace químico I. Conceptos básicos 388 Enlace químico Il. Aspectos adicionales 435 Líquidos, sólidos y fuerzas intermoleculares 478 Las disoluciones y sus propiedades físicas 534 Cinética química 578 Principios del equilibrio químico 626 Ácidos y Bases 665 Otros aspectos de los equilibrios ácido-base 710 Solubilidad y equilibrios de iones complejos 749 Espontaneidad. Entropfa y energia Gibbs 782 Electroquímica 823 Elementos de los grupos principales I. Metales 872 Elementos de los grupos principales II. No metales 906 Elementos de transición 949 Tones complejos y compuestos de coordinación 985 Química nuclear 1024 Contenido Acerca de los autores xix Prefacio xxi Guía del estudiante para la utilización de este texto xxix 1 Las propiedades de la materia y su medida 1 1.1 Elalcance de la química 2 12 Elmétodo científico 2 13 | Propiedades de la materia 4 14 Clasificación de la materia 5 1.5 Medida de las propiedades de la materia. Unidades SI 8 16 La densidad, la composición porcentual y su utilización en la resolución de problemas 14 1.7 | La incertidumbre en las medidas científicas 18 18 Cifras significativas 19 El método cientifico en acción: poliagua 22 Resumen 24 Ejemplo de recapituloción 24 Términos clave 24 Cuestiones de repaso 25 Ejercicios 26 Ejercicios avanzados y de recapitulación 29 Problemas de seminario 31 Ejercicios multimedia 32 2 Los átomos y la teorfa atómica 33 2.1 Los primeros descubrimientos químicos y la teoría atómica 34 22 Los electrones y otros descubrimientos de la física atómica 37 23 Elátomonuclear 41 24 Los elementos químicos 43 2.5 Masasatómicas 46 26 —Introducción a la tabla periódica 48 27 El concepto de mol y la constante de Avogadro 51 28 —Utilización del concepto de mol en los cálenlos 53 Estado natural y abundancias de los elementos 56 Resumen 57 Ejemplo de recapitulación 58 Términos clave 58 Cuestiones de repaso 58 Ejercicios 60 Ejercicios avanzados y de recapitulación 62 Problemas de seminario 63 Ejercicios multimedia 64 3 Compuestos químicos 65 31 Tipos de compuestos químicos y sus fórmulas 66 32 Elconcepto de mol y los compuestos químicos 70 33 Constitución de los compuestos químicos 73 34 Estados de oxidación: un instrumento útil para describir los compuestos químicos 80 35 Nomenclatura de los compuestos orgánicos e inorgánicos 82 3.6 —Nombres y fórmulas de los compuestos inorgánicos 82 3.7 Nombres y fórmulas de los compuestos orgánicos 90 Espectrometría de masas. Determinación de fórmulas moleculares 98 Resumen 96 Ejemplo de recapitulación 97 Términos clave 99 Cuestiones de repaso 98 Ejercicios 100 Ejercicios avanzados y de recapitulación 104 Problemas de seminario 105 Ejercicios multimedia 106 4 Las reacciones químicas 107 4.1 Lasreacciones químicas y la ecuación química 108 42 Laecuación química y la estequiometria 112 4.3 —Lasreacciones químicas en disolución 117 4.4 —Determinación del reactivo limitante 122 4.5 — Otros aspectos prácticos de la estequiometria de la reacción 124 La química industrial 128 Resumen 129 Ejemplo de recapitulación 130 Términos clave 130 Cuestiones de repaso 130 Ejercicios 132 Ejercicios avanzados y de recapitulación 135 Problemas de seminario 137 Ejercicios multimedia 138 5 — Introducción a las reacciones en disolución acuosa 139 5.1 Naturaleza de las disoluciones acuosas 140 52 Reacciones de precipitación 144 53 Reacciones ácido-base 146 54 Principios generales de la oxidación-reducción 151 5.5 — Ajuste de las reacciones de oxidación-reducción 155 5.6 Agentes oxidantes y reductores 163 57 — Estequiometría de las reacciones en disolución acuosa y valoraciones 166 El tratamiento de aguas 164 X Contenido Ejercicios avanzados y de recapitulación 294 Problemas de seminario 295 Ejercicios multimedia 296 9 Loselectrones enlos átomos 297 9.1 Radiación electromagnética 298 9.2 Espectros atómicos 303 9.3 Teoria cuântica 305 94 Elátomode Bohr 310 9.5 Dos ideas que condujeron a la mecánica cuántica 316 9.6 Mecánica ondulatoria 320 9.7 Números cuánticos y orbitales de los electrones 324 9.8 — Interpretación y representación de los orbitales del átomo de hidrógeno 376 9.9 Espín del clectrón. Un cuarto número cuántico 333 9.10 Átomos multiclectrónicos 334 9.11 Configuraciones electrónicas 336 9.12 Cunfiguraciones electrónicas y la tabla periódica 340 Láseres de He-Ne 346 Resumen 345 — Ejemplo de recapitulación 345 Términos clave 346 Cuestiones de repaso 348 Ejercicios 349 Ejercicios avanzados y de recapitulación 353 Problemas de seminario 354 Ejercicios multimedia 355 era fot tastmves sento 10 La tabla periódica y algunas propiedades atómicas 356 10.1 Clasificación de los elementos. La ley periódica y la tabla periódica 357 10.2 Metales, no metales y sus iones 361 10.3 El tamafio de los átomos y los iones 363 10.4 Energía de ionización 370 10.5 Afinidad electrónica 373 10.6 Propiedades magnéticas 374 10.7 Propiedades periódicas de los elementos 375 La ley periódica y elmercurio 380 Resumen 380 Ejemplo de recapitulación 381 Términos clave 382 Cuestiones de repaso 382 Ejercicios 383 Ejercicios avanzados y de recapitulación 385 Problemas de seminario 386 Fjercicios multimedia 387 11 Enlace químico T. Conceptos básicos 388 | 11.1 Visión general de la teoría de Lewis 389 11.2 Introducción al enlace covalente 392 11.3 Enlaces covalentes polares 395 11.4 Escritura de las estructuras de Lewis 398 11.5 Resonancia 405 11.6 Excepciones a la regla del octeto 406 11.7 La forma de las moléculas 409 118 Orden de enlace y longitud de enlace 420 119 Energías de enlace 421 Los poiímeros, sustancias macromoleculares 426 Resumen 424 Ejemplo de recapitulación 425 Términos clave 425 Cuestiones de repaso 426 Ejercicios 428 Contenido Ejercicios avanzados y de recapitulación 432 Problemas de seminario 433 Ejercicios multimedia 434 12. Enlace químico II. Aspectos adicionales 435 12.1 Elobjetivo de una teoría de enlace 436 12.2 Introducción al método de enlace de valencia 437 12.3 Hibridación de los orbitales atómicos 439 12.4 Enlaces covalentes múltiples 447 12.5 Teoria de orbitales moleculares 451 12.6 Electrones deslocalizados. El enlace en la molécula de benceno 460 12.7 Elenlace en los metales 464 Espectroscopia fotelectrónica 470 Resumen 468 Ejemplo de recapitidación 469 Términos clave 469 Cuestiones de repaso 469 Ejercicios 472 Ejercicios avanzados y de recapitulación 474 Problemas de seminario 476 Ejercicios multimedia 477 13 Líquidos, sólidos y fuerzas intermoleculares 478 13.1 Fuerzas intermoleculares y algunas propiedades de los líquidos 479 13.2 Vaporización de los líquidos. Presión de vapor 481 13.3 Algunas propiedades de los sólidos 490 13.4 Diagramas de fase 492 13.5 Fuerzas de Van der Waals 497 13.6 Enlace de hidrógeno 501 13.7 Los enlaces químicos como fuerzas intermoleculares 504 13.8 Estructuras cristalinas 508 13.9 Cambios de energía en la formación de cristales iónicos 521 Cristales líquidos 524 Resumen 523 Ejemplo de recapitulación 523 Términos clave 525 Cuestiones de repaso 525 Ejercicios 526 Ejercicios avanzados y de recapitulación 530 Problemas de seminario 532 Ejercicios multimedia 533 14 Las disoluciones y sus propiedades físicas 534 14.1 Tipos de disoluciones. Términos utilizados 535 14.2 Concentración de una disolución 535 14.3 Fuerzas intermoleculares y procesos de disolución 539 14.4 Formación de la disolución y equilibrio 544 14.5 Solubilidad de los gases 547 14.6 Presión de vapor de las disoluciones 549 14.7 Presión osmótica 554 14.8 Descenso del punto de congelación y elevación del punto de ebullición de las disoluciones de no electrolito 557 14.9 Disoluciones de electrolitos 560 14.10 Mezclas coloidales 564 Cromatografia 568 . Resumen 566 Ejemplo de recapitulación 567 — Términosclave 567 Cuestiones de repaso 568 — Ejercicios 570 Ejercicios avanzados y de recapitulación 574 Problemas de seminario 576 Ejercicios multimedia 577 Contenido 18 Otros aspectos de los equilibrios ácido-base 710 18.1 Efecto del ion común en los equilibrios ácido-base 711 18.2 Disoluciones reguladoras 714 18.3 Indicadores ácido-base 724 18.4 Reacciones de neutralización y curvas de valoración 726 18.5 Disoluciones de sales de ácidos polipróticos 734 18.6 Resumen de los cálculos de equilibrios ácido-base 736 Disoluciones reguladoras en la sangre 738 Resumen 738 Ejemplo de recapitulación 738 Términos cluve 740 Cuestiones de repaso 740 | Ejercicios 741 Ejercicios avanzados y de recapitulación 744 Problemas de seminario 746 Ejercicios multimedia 748 19 solubilidad y equilibrios de iones complejos 749 19.1 Constante del producto de solubilidad, K,, 750 19.2 Relación entre solubilidad y Kp 751 19.3 Efecto del ion común en los equilibrios de solubilidad 753 19.4 Limitaciones del concepto de Kp 755 19.5 Criterios para la precipitación y precipitación total 757 19.6 Precipitación fraccionada 759 19.7 Solubilidad y pH 761 19.8 Equilibrios que implican iones complejos 763 19.9 Análisis cualitativo de cationes 768 Caparazones, dientes y fósiles 772 Resumen 773 Ejemplo de recapitulación 774 Términos clave 774 Cuestiones de repaso 774 Ejercicios 775 Ejercicios avanzados y de recapitulación 778 Problemas de seminario 780 Ejercicios multimedia 781 20 Espontaneidad. Entropía y energia Gibbs 782 20.1 Espontancidad. Significado del cambio espontáneo 783 20.2 Elconcepto de entropia 784 20.3 Evaluación de la entropía y cambios entrópicos 789 20.4 Criterios de espontaneidad. El segundo princípio de la termodinámica 793 20.5 Variación de la energia Gibbs estándar, DG” 797 20.6 Variación de energía Gibbs y equilibrio 798 20.7 Dependencia de DGº y Keg con la temperatura 808 20.8 Reacciones acopladas 8IL Reacciones acopladas en sistemas biológicos 812 Resumen 813 Ejemplo de recapitulación 814 Términos clave 814 Cuestiones de repaso 814 Ejercicios 815 Ejercicios avanzados y de recapitulación 819 Problemas de seminario 821 Ejercicios multimedia 822 a 21 Electroquímica 823 A) | , À 21.1 Potenciales de electrodo y su medida 824 NR? voy E NY 21.2 Potenciales estándar de electrodo 828 “ * 21.3 Ecel, DGy Keg 833 » Da 21.4 Ecelen función de las concentraciones 838 xiv Contenido 21.5 Baterfas y pilas: obtención de electricidad por medio de reacciones químicas 844 21.6 Corrosión: células voltaicas no deseadas 849 21.7 Electrólisis: producción de reacciones no espontáncas 851 21.8 Procesos industriales de electrólisis 856 Potenciales de membrana 860 Resumen 859 — Ejemplo de recapitulación 862 Términos clave 862 Cuestiones de repaso 862 Ejercicios 864 Ejercicios avanzados y de recapitulación 867 Problemas de seminario 869 Ejercicios multimedia 870 22. Elementos de los grupos principales I. Metales 872 22.1 Grupo 1. Metales alcalinos 873 22.2 Grupo 2. Metales alcalinotérreos s8U 22.3 ones en las aguas naturales. Aguas duras 886 22.4 Metales del Grupo 13. Aluminio, galio, indio y talio 889 22.5 Metales del Grupo 14. Estaio y plomo 895 Arseniuro de galio 898 Resumen 899 Ejemplo de recapitulación 899 Términos clave 900 Cuestiones de repasa 900 — EFjercicios 901 Ejercicios avanzados y de recapitulación 903 Problemas de seminario 904 Ejercicios multimedia 905 23 Elementos de los gmpos principales II. No metales 906 23.1 Grupo 18. Los gases nobles 907 23.2 Grupo 17. Los halógenos 908 23.3 Grupo 16. La familia del oxígeno 917 23.4 Grupo 15. La familia del nitrógeno 925 23.5 No metales del Grupo 14: carbono y silício 932 23.6 Elclemento no metálico del Grupo 13: boro 939 La ley periódica y el mercurio 940 Resumen 942 — Ejemplode recapitulación 942 — Términosclave 943 Cuestiones de repuso 943 Ejercicios 943 Ejercicios avanzados y de recapitulación 946 Problemas de seminario 947 Ejercicios multimedia 948 24 Elementos de transición 949 24.1 Propiedades generales 950 24.2 Principios de metalurgia extractiva 954 24.3 Metalurgia del hicrro y del acero 962 24.4 Elementos de la primera serie de transición, del escandio al manganeso 964 24.5 Tríada del hierro: hierro, cobalto y níquel 970 24.6 Grupo 11. Cobre, plata y oro 972 24.7 Grupo 12. Zinc, cadmio y mercurio 974 248 Lantánidos 976 Superconductores de temperatura alta 978 Resumen 977 Ejemplo de recapituloción 978 Términos clave 978 Cuestiones derepaso 979 Ejercicios 980 Ejercicios avanzados y de recapitulación 982 Problemas de seminario 984 Ejercicios multimedia 984 xvi Contenido 27.11 Introducción a las reacciones de sustitución en átomos de carbono con hibridación sp” 1095 2712 Síntesis de compuestos orgánicos 1102 27.13 Reacciones de polimerización 1105 Colorantes naturales y sintéticos 1108 Resumen 1108 Ejemplo de recapitulación 1 109 Términos clave 10 Cuestiones de repaso 1111 Fjercicios 1112 Ejercicios avanzados y de recapitulación 1118 Problemas de seminario 1120 Ejercicios multimedia 1121 28 Química de los seres vivos 1122 28.1 Estructura química de la materia viva. Una visión panorámica 1123 28.2 Lípidos 1124 28.3 Hidratos de carbono 1127 28.4 Proteínas 1135 28.5 Aspectos del metabolismo 1142 28.6 Ácidos nucleicos 1149 La sintesis de proteínas y el código genético 1152 Resumen 1153 Ejemplo de recapitulación 1154 Términos clave 1155 Cuestiones de repaso 1155 Fjercicios 1156 Ejercicios uvanzados y de recapitulación 1158 Problemas de seminario 1159 Ejercicios multimedia 1160 Apéndices A —Operaciones matemáticas Al A-1 Aritmética exponencial Al A-2 Logaritmos A3 A-3 Opcraciones algebraicas A4 A-4 Gráficos A7 A-5 Utilización de factores de conversión (análisis dimensional) A8 B | Algunos conceptos básicos de física B1 B-1 Velocidad y accleración BI B-2 Fuerzaytrabao BI B-3 Energia B2 B-4 Magnetismo B3 B-5 Electricidad estática B3 B-6 Corriente eléctrica B4 B-7 Flectromagnetismo B4 C UnidadesSI CI C1 Unidades básicas SI CI C2 PrefijosSI C1 C-3 Unidades derivadas SI C2 €-4 Unidades que deben dejar de utilizarse C2 D Teblasdedatos DI D-1 Configuraciones electrónicas del estado fundamental DI D-2 Propiedades termodinámicas de las sustancias a 298,15 K D2 mommgE Contenido Constantes de equilibrio D9 Potenciales estándar de electrodo (reducción) a 25 C DIZ Glosario El Respuestas de algunos ejercicios seleccionados FI Créditos de fotografías Gl Índice alfabético HI xvii xx Acerca de los autores química biofísica y ha publicado más de 100 trabajos en cl área de química física. Recientemente, e1 Dr. Herring ha dirigido sus estudios a la utilización de la tecnología de ta información unida a los métodos interactivos en la ensefianza de la química general con vistas a mejorar en el aprendizaje de los estudiantes. El Dr. Herring ha enscfado química durante 30 aãos en los niveles universitarios de primero y segundo ciclo, y ha sido galardonado con el Killam Prize por la excelencia en la ensefianza. Prefacio “é Conorca su audiencia” En esta nueva edición, hemos intentado seguir este importante consejo dirigido a los autores, para atender mejor las necesidades de aquellos estudiantes que están realizando un serio trabajo con este material. Sabemos que la mayoría de los estudiantes de química general, debido a su carrera, no están interesados en la química, sino en la biologfa, la medicina, la ingeniería, las ciencias del medio ambiente y agrícolas, y otras áreas. También somos conscientes de que la química general será el único curso universitario de química para muchos estudiantes y su única oportunidad de aprender algunas aplicaciones prácticas de la química. Hemos diseitado este texto para todos estos estudiantes. Los estudiantes de este texto probablemente hayan estudiado algo de química, pero aquellos que no lo hayan hecho, y los que lo utilizan como recordatorio, encontrarán que en los primeros capítulos se desarrollan conceptos fundamentales a partir de las ideas más elementales. Los estudiantes que piensan convertirse en químicos profesionales también comprobarán que el texto se adapta a sus intereses específicos. El estudiante medio puede necesitar ayuda para identificar y aplicar los principios y para visualizar su significado físico. Las características pedagógicas de este texto están dise- fiadas para proporcionar esta ayuda. Al mismo tiempo, esperamos que el texto sirva para aumentar la destreza en la resolución problemas y la capacidad crítica del alumno. De esta manera, hemos intentado conseguir el balance adecuado entre principios y aplicaciones, razonamientos cuantitativos y cualitativos y entre rigor y simplificación. Alo largo del texto se muestran ejemplos del mundo real para resaltar la discusión. También se pueden encontrar en numerosas ocasiones, relevantes ejemplos de las cien- cias biológicas, la ingeniería y las ciencias medioambientales. Esto ayuda a mostrar a los estudiantes una química viva y les ayuda a entender su importancia en cada una de las carreras. En la mayor parte de los casos. también les ayuda a profundizar en los concep- tos básicos. Organización En esta edición, mantenemos la organización fundamental de las ediciones sexta y sépti- ma, en número de capítulos pero con una cobertura adicional de materia, en profundidad 
