QumicaUna introduccin a La Qumica General, Orgnica y Biolgica

QUMICAUna introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica

QUMICAUna introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica

DCIMA EDICIN

Karen C. Timberlake

TRADUCCIN Rafael Gmez Aspe Mara ngeles Herranz Astudilb Mara Josefa Rodrguez YuntaDpto. d e Qumica Orgnica I Facultad d e Ciencias Q umicas Universidad C om plu tense d e M adrid

REVISIN TCNICA Roberto Martnez lvarezDpto. d e Qumica Orgnica I Facultad d e Ciencias Q umicas Universidad C om plu tense d e M adrid

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QUMICA. UNA INTRODUCCIN A LA QUMICA GENERAL, ORGNICA Y BIOLGICADcima edicin Karen C. Tmberlake

PEARSON EDUCACIN, SA. 2011 ISBN: 978-84-8322-809-8

Materia: 54. Qumica

Formato: 215 X 270 Pginas: 760

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BREVE TABLA DE CONTENIDOS

Prlogo 1

1 Medidas 14

2 Energa y materia 51

3 tomos y elementos 82

4 Los compuestos qumicos y sus enlaces 120

5 Cantidades y reacciones qumicas 161

6 Gases 209

7 Disoluciones 241

8 cidos y bases 280

9 Radiacin nuclear 317

10 Introduccin a la Qumica orgnica: los alcanos 350

11 Hidrocarburos insaturados 382

12 Compuestos orgnicos con oxgeno y azufre 405

13 cidos carboxlicos, steres, aminas y amidas 447

14 Hidratos de carbono 483

15 Lpidos 513

16 Aminocidos, protenas y enzimas 552

17 cidos nucleicos y sntesis de protenas 591

18 Procesos metablicos y produccin de energa 623

NDICE

Prlogo 1P.1 La qumica y los productos qumicos 2

P.2 El mtodo cientfico: pensar como un cientficoQ um ica y saludLos primeros qumicos: b s alquimistas 6

P.3 Un plan de estudio para aprender qumica 7 Q um ica y m ed ioam b iente El DDT, buen pesticida, mal pesticida 8

MAPA C O N C EPTU A L 11 De un vistazo! 12 Trminos clave 12 Comprueba tus conocimientos 12 Ejercicios y problemas adicionales 12 Acepta el reto! 13 Respuestas 13

1.8 Densidad 40Investiga tu en tornoSe hunde o flota? 43 Q u m ica y saludDeterminacin del porcentaje de grasa corporal 44 Q u m ica y sa lud Densidad relativa de la orina 45

M APA CO N CEPTU A L 45De un vistazo! 45 Trm i nos el a ve 46 Comprender los conceptos 46 Ejercicios y problemas adicionales 48 Acepta el reto! 49 Respuestas 49

1Medidas 141.1 Unidades de medida 15

Investiga tu en torno Unidades en las etiquetas 18

1.2 Notacin cientfica 18

1.3 Nmeros medidos y cifras significativas 21

1.4 C ifras significativas en clculos 23

1.5 Prefijos y equivalencias 27

1.6 Cmo escrib ir factores de conversin 31Investiga tu en tornoEquivalencias entre el SI y el mtrico en etiquetas 33 Q um ica ve rd eToxicologa y evaluacin de la relacin riesgo-beneficio 34

1.7 Resolucin de problemas 35Pro fes io n es con qum icaTcnico veterinario 38

2Energa y materia 512.1 Energa 52

Q um ica ve rd eEl dixido de carbono y el calentamiento gbbal 55

2.2 Energa y nutricin 56Investiga tu en torno Contar cabras 57 Q u m ica y sa lud Perder y ganar peso 58

2.3 Conversiones de temperatura 59Pro fes io n es con qu m ica Tcnico quirrgico 60 Q u m ica y sa ludVariacin en la temperatura corporal 62

2.4 Calor especfico 63

2.5 Los estados de la materia 64

2.6 Cambios de estado 67Pro fes io n es con qu m ica Histlogo 69

NDICE vii

Q um ica y salud Quemaduras por vapor 71

MAPA C O N C EPTU A L 74De un vistazo! 75 Trminos clave 75 Comprender los conceptos 76 Ejercicios y problemas adicionales 77 Acepta el reto! 78 Respuestas 78

Com bina los conceptos de los captulos 1 y 2 80

3tomos y elementos 823.1 Clasificacin de la materia 83

3.2 Elementos y smbolos 86Q um ica y sa lud l_a toxicidad del mercurio 88

3.3 La tabla peridica 89Q um ica y salud Elementos esenciales para la salud 90 Q um ica y saludElementos traza: esenciales para la salud 94

3.4 E l tomo 95Investiga tu en torno Repulsin y atraccin 97

3.5 Nmero atmico y nmero msico 98Pro fes io n es con qum ica Optometrista u ptico 99

3.6 Istopos y masa atmica 101

3.7 Niveles energticos electrnicos 104Q um ica ve rd eBombillas de bajo consumo 106

3.8 Variaciones peridicas 107Q um ica y sa ludReacciones biolgicas a la luz ultravioleta 107

M APA C O N C EPTU A L 112De un vistazo! 113 Trmi nos el ave 113 Comprender los conceptos 114 Ejercicios y problemas adicionales 115 Acepta el reto! 116 Respuestas 117

4Los compuestos qumicos y sus enlaces 1204.1 La regla del octeto y los iones 121

Q um ica y sa ludAlgunas aplicaciones de b s gases nobles 125 Q u m ica y sa ludAlgunos iones importantes del cuerpo 126

4.2 Compuestos inicos 127Pro fes io n es con qum ica Fisioterapeuta 128

4 .3 Nomenclatura y formulacin de compuestos inicos 130

4.4 Iones poliatmicos 133Q um ica y sa ludIones poliatmicos en huesos y dientes 135

4.5 Compuestos covalentes 138

4.6 Electronegatividad y polaridad de enlaces 144

4.7 Geometra y polaridad de las molculas 147

4.8 Fuerzas de atraccin intermoleculares 151

M APA C O N CEPTU A L 153De un vistazo! 154 Trm i nos clave 154 Comprender b s conceptos 155 Ejercidos y problemas adicbnales 156 Aceptael reto! 157 Respuestas 158

5Cantidades y reacciones qumicas 1615.1 E l mol 162

5.2 Masa molar 166Investiga tu en torno Calcular moles en la cocina 169

5.3 Cambios qumicos 171

5.4 Ecuaciones qumicas 174

VIII NDICE

5.5 Tipos de reacciones 179Q um ica y saludB esmog y su influencia en la salud 183

5.6 Reacciones de oxidacin-reduccin 184Investiga tu en torno Oxidacin de frutas y verduras 186 Q um ica ve rd eRas de combustible: energa limpia para el futuro 188

5.7 Relaciones entre moles en las ecuaciones qumicas 189

5.8 Clculos de masas para las reacciones 192

5.9 La energa en las reacciones qumicas 195Q um ica y salud Bolsas calientes y bolsas fras 196

MAPA C O N C EPTU A L 199De un vistazo! 199 Trminos clave 200 Comprender los conceptos 200 Ejercicios y problemas adicionales 202 Acepta el reto! 203 Respuestas 204

Com bina los conceptos de los captulos 3 a 5 207

6.1 Propiedades de los gases 210Investiga tu en tornoObtencin de un gas 213

6.2 Presin de un gas 213Q um ica y saludMedida de la presin sangunea 215

6.3 Presin y volumen (Ley de Boyle) 216Q um ica y saludRelacin entre presin y volumen en la respiracin 218

6.4 Tem peratura y volumen (Ley de Charles) 220Q um ica ve rd eGases con efecto invernadero 222

6.5 Tem peratura y presin (Ley de Gay-Lussac) 223Pro fes io n es con qum ica Anestesista 224

6.6 Ley de combinacin de los gases 225

6.7 Volumen y moles (Ley de Avogadro) 226

6.8 Presiones parciales (Ley de Dalton) 230Q um ica y salud Los gases de la sangre 233

Q um ica y sa lud Cmaras hiperbricas 234

MAPA CO N CEPTU A L 235De un vistazo! 235 Trminos clave 236 Comprender b s conceptos 236 Ejercidos y problemas adicbnales 237 Acepta el reto! 238 Respuestas 239

7Disoluciones 2417.1 Disoluciones 242

Q u m ica y sa lud El agua en el cuerpo 245 Investiga tu en torno Semejante disuelve a semejante 245

7.2 Electrolitos y no electrolitos 246Pro fes io n es con qu m ica Asistente de ortopedia 248 Q u m ica y sa ludElectrolitos en los fluidos corporales 250

7.3 Solubilidad 251Q um ica y sa ludGota y piedras en el rin: problemas derivados de la saturacin de los fluidos corporales 252 Investiga tu en torno Preparacin de disoluciones 253

7.4 Concentracin en porcentaje 255

7.5 Molaridad y dilucin 259

7.6 Disoluciones y reacciones qumicas 265

7.7 Propiedades de las disoluciones 267Q um ica y sa ludLas disoluciones y los cobides en el cuerpo 268 Investiga tu en to rn o La osmosis en la vida diaria 270 Q u m ica y sa ludDilisis en el rin y dilisis artificial 273

MAPA CO N CEPTU A L 274De un vistazo! 275 Trminos clave 275 Comprender b s conceptos 276 Ejercidos y problemas adicbnales 277 Acepta el reto! 278 Respuestas 278

6Gases 209

NDICE X

8cidos y bases 2808.1 cidos y bases 281

8.2 Fuerza de cidos y bases 286

8.3 Ionizacin del agua 289

8.4 La escala de pH 292Q um ica y sa ludEl cido del estmago, HCI 295Investiga tu en to rn oVerduras y flores: indicadores de pH 298

8.5 Reacciones de cidos y bases 299Q um ica ve rd e La lluvia cida 299 Q um ica y sa lud Anticidos 302

8.6 Tampones 304Q um ica y sa lud Tampones en la sangre 306

M APA C O N C EPTU A L 307 jDe un vistazo! 308 Trminos clave 308 Comprender los conceptos 308 Ejercicios y problemas adicionales 309 Acepta el reto! 310 Respuestas 311

Com bina los conceptos de los captulos 6 a 8 314

9Radiacin nuclear 3179.1 Radiactividad natural 318

9.2 Reacciones nucleares 323Q um ica ve rd eRadn en nuestros hogares 325Q um ica y saludEmisores beta en medicina 326

9.3 Medida de la radiacin 329Q um ica y sa lud Radiacin y alimentos 331 Q u m ica y sa lud Braquiterapia 332

9.4 Vida media de un radioistopo 333Investiga tu en torno Representacin de vidas medias 335 Q u m ica y m ed ioam b iente Estimacin de la antigedad de objetos 336

9.5 Aplicaciones mdicas de la radiactividad 336Q um ica y sa ludDosis de radiacin en procedimientos diagnsticosy teraputicos 338Q um ica y sa ludOtras tcnicas de imagen 339

9.6 Fisin y fusin nuclear 340Q um ica ve rd e Centrales nucleares 342

MAPA CO N CEPTU A L 343 De un vistazo! 344 Trminos clave 344 Comprender b s conceptos 345 Ejercidos y problemas adidonales 345 Acepta el reto! 347 Respuestas 347

10Introduccin a la Qumica orgnica: los alcanos 35010.1 Compuestos orgnicos 351

10.2 Los alcanos 354Pro fes io n es con qum icaGebgo 357

10.3 Alcanos sustituidos 358Q um ica y sa lud Aplicaciones habituales de los alcanos halogenados 364

10.4 Propiedades de los alcanos 365Q um ica y sa ludToxicidad del monxido de carbono 367 Q u m ica ve rd e Petrleo 368

NDICE

10.5 Grupos funcionales 369Qumica y medioambienteGrupos funcionales en compuestos orgnicos habituales 373

MAPA C O N C EPTU A L 374De un vistazo! 374 Nomenclatura, resumen 375 Reacciones. Resumen 375 Trminos clave 375 Comprender los conceptos 376 Ejercicios y problemas adicionales 377 Acepta el reto! 379 Respuestas 379

11Hidrocarburos insaturados 38211.1 Alquenos y alquinos 383

Investiga tu entornoMaduracin de la fruta 384 Qumica y medioambiente Alquenos con aroma 386

11.2 Ismeros cis-trans 387Investiga tu entornoModelos de los ismeros cis-trans 388Qumica y medioambienteFeromonas y comunicacin en los insectos 389Qumica y saludIsmeros cis-trans para la visin nocturna 390

11.3 Reacciones de adicin 390Investiga tu entornoInsaturacin en grasas y aceites 391 Qumica y saludHdrogenacin de grasas insaturadas 392

11.4 Polmeros de los alquenos 393Investiga tu entornoPolmeros y reciclado de plsticos 394

11.5 Compuestos aromticos 396Qumica y saludAlgunos compuestos aromticos habituales 397 Qumica y saludHidrocarburos aromticos policclicos 398

MAPA C O N C EPTU A L 399De un vistazo! 399 Nomenclatura. Resumen 400

Reacciones. Resumen 400 Tr m i nos el a ve 400 Comprender b s conceptos 401 Ejercidos y problemas adidonales 401 Acepta el reto! 402 Respuestas 403

12.1 Alcoholes, tioles y teres 406Investiga tu entornoAlcoholes en b s productos del hogar 407 Q u m ica y sa ludLa importancia de algunos alcoholes 409 Q u m ica y sa lud teres y anestsicos 411

12.2 Propiedades de alcoholes y teres 412

12.3 Reacciones de alcoholes y tioles 414Profesiones con qumica Farmacutico 416 Qumica y saludOxidacin de alcohol en el organismo 418

12.4 Aldehidos y cetonas 419Qumica y medioambienteVainilla 421Qumica y saludAldehidos y cetonas de inters 423

12.5 Propiedades de aldehidos y cetonas 424

12.6 Molculas quirales 427Qumica y saludEnantimeros en sistemas bbbgicos 433

M APA CO N CEPTU A L 434

De un vistazo! 434 Nomenclatura. Resumen 435 Reacciones. Resumen 435 Tr m i nos el a ve 436 Comprender b s conceptos 436 Ejercidos y problemas adidonales 437 Acepta el reto! 440 Respuestas 441

Com bina los conceptos de los captulos 9 a 12 445

12Compuestos orgnicos con oxgeno y azufre 405

NDICE X

13cidos carboxlicos, steres, aminas y amidas 44713.1 cidos carboxlicos 448

Q um ica y sa lud Alfa-hidroxicidos 451

13.2 Propiedades de los cidos carboxlicos 452

13.3 steres 455Q um ica y saludAcido saliclico y cido acetilsaliclico 456 Q um ica y m ed ioam b iente Accin limpiadora de los jabones 461

13.4 Aminas 461Q um ica y sa ludLas aminas en medicina 464Q um ica y sa ludAlcaloides: las aminas de las plantas 467

13.5 Amidas 469Profesiones con qumicaAsistente de laboratorio clnico 470 Q um ica y sa lud Las amidas en medicina 471

M APA C O N C EPTU A L 473De un vistazo! 474 Nomenclatura. Resumen 474 Reacciones. Resumen 474 Conceptos clave 476 Comprender los conceptos 477 Ejercicios y problemas adicionales 477 Respuestas 479 Acepta el reto! 479

14Hidratos de carbono 48314.1 Hidratos de carbono 484

14.2 Proyecciones de Fischer de los monosacridos 487Q um ica y sa lud Hiperglucemia e hipoglucemia 490

14.3 Frmulas de Haworth de los monosacridos 492

14.4 Propiedades qumicas de los monosacridos 495Q um ica y sa ludPruebas de glucosa en la orina 496

14.5 Disacridos 498Investiga tu en torno Azcar y edulcorantes 500 Pro fes io n es con qum ica Tcnico en anlisis sanguneos 500 Q u m ica y sa ludCun dulce es mi edulcorante? 501 Q u m ica y sa ludTipos de sangre e hidratos de carbono 502

14.6 Polisacridos 503Investiga tu en tornoPolisacridos 505

M APA CO N CEPTU A L 506De un vistazo! 507 Hidratos de carbono. Resumen 507 Reacciones. Resumen 508 Trminos clave 508 Comprender b s conceptos 509 Ejercicios y problemas adicionales 509 Acepta el reto! 510 Respuestas 510

15Lpidos 51315.1 Lpidos 514

Investiga tu en tornoSolubilidad de grasas y aceites 515

15.2 cidos grasos 516Q um ica y sa ludcidos grasos omega-3 en aceites de pescado 520

15.3 Ceras, grasas y aceites 521

15.4 Propiedades qumicas de los triacilgliceroles 525Q um ica y sa ludLa grasa artificial olestra 526Q um ica y sa ludcidos grasos trans e hidrogenacin. Un ejemploestadounidense 527Investiga tu en tornoTipos de grasas 528Qumica ve rd eBiodisel como combustible alternativo 529

x NDICE

15.5 Fosfoglicridos 531Profesiones con qumicaFisbterapeuta 533

15.6 Esteroides: colesterol y hormonas esteroideas 533

Q um ica y salud Esteroides anabolizantes 539

15.7 Membranas celulares 540Q um ica y saludTransporte a travs de las membranas oelulares 542

MAPA C O N C EPTU A L 543De un vistazo! 543 Trminos clave 544 Comprender los conceptos 544 Ejercicios y problemas adicionales 545 Acepta el reto! 546 Respuestas 546

Com bina los conceptos de los captulos 13 a 15 550

16Aminocidos, protenas y enzimas 55216.1 Funciones de las protenas 553

16.2 Aminocidos 554

16.3 Acidez y basicidad de los aminocidos 557Profesiones con qumicaEspecialista en rehabilitacin 558

16.4 Formacin de pptidos 559

16.5 Niveles estructurales de las protenas 560Q um ica y salud Opiceos endgenos 561 Q um ica y salud Los aminocidos esenciales 566 Q um ica y saludEstructura proteica y enfermedad de las vacas bcas 568Investiga tu entornoDesnaturalizacin de las protenas de la leche 569 Q um ica y salud Anemia drepanocitica 570

16.6 Enzimas 571

16.7 Accin enzimtica 573Q um ica y saludLas isoenzimas como herramientas diagnsticas 575

16.8 Factores que afectan a la actividad enzimtica 576Investiga tu en to rn oActividad enzimtica 577

16.9 Cofactores enzimticos 580

M APA CO N CEPTU A L 583De un vistazo! 584 Trminos clave 584 Comprender b s conceptos 585 Ejercidos y problemas adicbnales 587 Acepta el reto! 588 Respuestas 588

17cidos nucleicos y sntesis de protenas 59117.1 Componentes de los cidos nucleicos 592

Profesiones con qumicaTerapeuta ocupacional 595

17.2 Estructura primaria de los cidos nucleicos 596

17.3 La doble hlice del ADN 598Qumica y saludHuella dactilar del ADN 601

17.4 E l ARN y el cdigo gentico 602

17.5 Sntesis de protenas 607Qumica y saludAntibiticos que inhiben la sntesis de protenas 609

17.6 Mutaciones genticas 610Investiga tu entornoUn modeb de la replicacin y mutacin del ADN 611

17.7 Virus 613Qumica y saludCncer 616

M APA CO N CEPTU A L 617

De un vistazo! 618 Trminos clave 618 Comprender b s conceptos 619 Ejercidos y problemas adicbnales 619 Acepta el reto! 620 Respuestas 620

NDICE X III

18Procesos metablicos y produccin de energa 62318.1 Metabolismo y energa A TP 624

Qumica y saludEnerga ATP y Ca2+ necesarios para la contraccin muscular 628

18.2 Digestin de alimentos 629Investiga tu entornoDigestin de hidratos de carbono 630

18.3 Coenzimas de inters y procesos metablicos 632Q um ica y sa lud Intolerancia a la lactosa 635

18.4 G luclisis: oxidacin de la glucosa 635

18.5 Ciclo del cido ctrico 641

18.6 Transporte electrnico 645Qumica y saludToxinas: inhibidores del transporte electrnico 650

18.7 Fosforilacin oxidativa y A TP 650Qumica y saludATP sintasa y calentamiento corporal 653

18.8 Oxidacin de cidos grasos 656Investiga tu entornoAlmacenamiento de grasas y grasa vascularizada 658 Qumica y saludGrasas almacenadas y obesidad 659Qumica y saludCuerpos cetnicos y diabetes 661

18.9 Degradacin de aminocidos 662

MAPA CO N CEPTU A L 667De un vistazo! 668 Reacciones. Resumen 669 Trminos clave 670 Comprender b s conceptos 671 Ejercidos y problemas adidonales 672 Acepta el reto! 672 Respuestas 673

Com bina los conceptos de los captulos 16 a 18 675

A A-1B B-1C C-1D D-1CD-1Crditos

Glosario/ndice alfabtico 1-1

SECCIONES ESPECIALES

//a h e g p a a. e ^ O r/fO

Unidades en las etiquetas 18

Equivalencias entre el SI y el mtrico en etiquetas 33

Se hunde o flota? 43

Contar caloras 57

Repulsin y atraccin 97

Calcular moles en la cocina 169

Oxidacin de frutas y verduras 186

Obtencin de un gas 213

Semejante disuelve a semejante 245

Preparacin de disoluciones 253

La osmosis en la vida diaria 270

Verduras y fb res: indicadores de pH 298

Representacin de vidas medias 335

Maduracin de la fruta 384

Modebs de b s ismeros cis-trans 388

Insaturacin en grasas y aceites 391

Polmeros y reciclado de plsticos 394

Alcoholes en los productos del hogar 407

Azcar y edulcorantes 500

Polisacridos 505

Solubilidad de grasas y aceites 515

Tipos de grasas 528

Desnaturalizacin de las protenas de la leche 569

Actividad enzimtica 577

Un modelo de la replicacin y mutacin del ADN 611

Digestin de hidratos de carbono 630

Almacenamiento de grasas y grasa vascularizada 658

x iv

mmB Q u /m c -a & g a a c /Los primeros qumicos: b s alquimistas 6

Determinacin del porcentaje de grasa corporal 44

Densidad relativa de la orina 45

Perder y ganar peso 58

Variacin en la temperatura corporal 62

Quemaduras por vapor 71

La toxicidad del mercurio 88

Elementos esenciales para la salud 90

Elementos traza: esenciales para la salud 94

Reacciones biotgicas a la luz ultravioleta 107

Algunas aplicaciones de b s gases nobles 125

Algunos iones importantes del cuerpo 126

bnes poliatmicos en huesos y dientes 135

El esmog y su influencia en la salud 183

Bolsas calientes y bolsas fras 196

Medida de la presin sangunea 215

Relacin entre presin y volumen en la respiracin 218

Los gases de la sangre 233

Cmaras hiperbricas 234

El agua en el cuerpo 245

Electrolitos en b s fluidos corporales 250

Gota y piedras en el rin: problemas derivados de la saturacin de b s fluidos corporales 252

Las disoluciones y los coloides en el cuerpo 268

Dilisis en el rin y dilisis artificial 273

El cido del estmago, HCI 295

Anticidos 302

Tampones en la sangre 306

Emisores beta en medicina 326

Radiacin y alimentos 331

Braquiterapia 332

Dosis de radiacin en procedimientos diagnsticos y teraputicos 338

Otras tcnicas de imagen 339

Aplicaciones habituales de los alcanos halogenados 364

Toxicidad del monxido de carbono 367

Ismeros cis-trans para la visin nocturna 390

Hidrogenacin de grasas insaturadas 392

Algunos compuestos aromticos habituales 397

Hidrocarburos aromticos policclicos 398

La importancia de algunos alcoholes 409

teres y anestsicos 411

Oxidacin de alcohol en el organismo 418

Aldehidos y cetonas de inters 423

Enantimeros en sistemas biolgicos 433

Alfa-hidroxicidos 451

cido saliclico y cido acetilsaliclico 456

Las aminas en medicina 464

Alcaloides: las aminas de las plantas 467

Las amidas en medicina 471

Hiperglucemia e hipoglucemia 490

Pruebas de glucosa en la orina 496

Cun dulce es mi edulcorante? 501

Tipos de sangre e hidratos de carbono 502

cidos grasos omega-3 en aceites de pescado 520

La grasa artificial olestra 526

cidos grasos trans e hidrogenacin. Un ejemplo estadounidense 527

Esteroides anabolizantes 539

Transporte a travs de las membranas celulares 542

Opiceos endgenos 561

Los aminocidos esenciales 566

Estructura proteica y enfermedad de las vacas locas 568

Anemia drepanoctica 570

Las isoenzimas como herramientas diagnsticas 575

Huella dactilar del ADN 601

Antibiticos que inhiben la sntesis de protenas 609

Cncer 616

Energa ATP y Ca2* necesarios para la contraccin muscular 628

Intolerancia a la lactosa 635

Toxinas: inhibidores del transporte electrnico 650

ATP sintasa y calentamiento corporal 653

Grasas almacenadas y obesidad 659

Cuerpos cetnicos y diabetes 661

SECCIONES ESPECIALES

P r o fe g /c'/o x e e c o n ( fu /n /c d

Tcnico veterinario 38

Tcnico quirrgico 60

Histlogo 69

Optometrista u ptico 99

Rsioterapeuta 128

Anestesista 224

Asistente de ortopedia 248

Gelogo 357

Farmacutico 416

Asistente de laboratorio clnico 470

Tcnico en anlisis sanguneos 500

Rsioterapeuta 533

Especialista en rehabilitacin 558

Terapeuta ocupacional 595

Q u /z n /c a .

El DDT, buen pesticida, mal pesticida 8

Estimacin de la antigedad de objetos 336

Grupos funcionales en compuestos orgnicos habituales 373

Alquenos con aroma 386

Feromonas y comunicacin en los insectos 389

Vainilla 421

Accin limpiadora de los jabones 461

v - e n /e

Toxicologa y evaluacin de la relacin riesgo-beneficio 34

El dixido de carbono y el calentamiento global 55

Bombillas de bajo consumo 106

Pilas de combustible: energa limpia para el futuro 188

Gases con efecto invernadero 222

La lluvia cida 299

Radn en nuestros hogares 325

Centrales nucleares 342

Petrleo 368

Biodisel como combustible alternativo 529

tfa/apas-a a resoac/* ce,prw&Mae

Gua para la resolucin de problemas empleando factores de conversin 36

Gua para los clculos a partir del calor especfico 64

Gua para los clculos a partir del calor de fusin/evaporacin 68

Gua para la nomenclatura de compuestos inicos con metales que solo forman un ion 130

Gua para la nomenclatura de compuestos inicos de metales oon carga variable 132

Gua para la formulacin de compuestos inicos 132

Gua para la nomenclatura de compuestos inicos con iones poliatmicos 137

Gua para la nomenclatura de compuestos covalentes 142

Gua de formulacin de compuestos covalentes 142

Gua para predecir la geometra molecular (Teora VSEPR) 149

Gua para calcular masas molares 167

Gua para la conversin de moles en gramos 170

Gua para ajustar una ecuacin qumica 176

SECCIONES ESPECIALES

Gua para el uso de los factores molares 191

Gua para calcular las masas de reactivos y productos en una reaccin qumica 193

Gua para aplicar las leyes de los gases 217

Gua para el empleo del volumen molar 228

Gua para utilizar el volumen molar en reacciones 229

Gua para calcular concentraciones 256

Gua para calcular la masa o el volumen a partir de la concentracin 258

Gua para calcular diluciones 263

Gua para operaciones con disoluciones en reacciones qumicas 266

Gua para el clculo de [H30 +] y [OH"jen disoluciones acuosas 291

Gua para el clculo del pH de una disolucin acuosa 295

Gua para ajustar una ecuacin de neutralizacin 300

Gua para b s clculos en una valoracin cido-base 303

Gua para formular una ecuacin nuclear 324

Gua para la nomenclatura de alcanos 361

Gua para la representacin de alcanos 363

Gua para nombrar alquenos y alquinos 385

DATOS SOBRE LA AUTORA

Karen Timberlake es ProfesoraEmrita en Los Angeles Valley College, donde ha impartido clases de Qumica para estudiantes de Ciencias de la Salud y de Qumica General durante 36 aos. Se gradu en Qumica por la Universidad de Washington y realiz un Mster en Bioqumica por la Universidad de California en Los ngeles.

A lo largo de ms de 30 aos, la Profesora Timberlake ha escrito varios libros de texto sobre Qumica. En este periodo de tiempo, su nombre se ha visto asociado con el uso estratgico de nuevas herramientas pedaggicas que faciliten el xito de los estudiantes en sus estudios de Qumica y en la aplicacin de la Qumica a las situaciones de la vida cotidiana. Ms de un milln de estudiantes han aprendido Qumica utilizando los libros de texto, manuales de laboratorio y guas de estudio escritos por Karen Timberlake. Adems de Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica, dcima edicin, es tambin autora de Qumica General, Orgnica y Biolgica, estructuras dla vida, segunda edicin, y de Qumica, segunda edicin, junto con los libros de acompaamiento Study Guide with Solutions fo r Selected Problems, Laboratory Manual y Essentials Laboratory Manual.

La Profesora Timberlake pertenece a diversas organizaciones cientficas y educativas, entre las que se incluyen la Sociedad Americana de Qumica y la Asociacin Nacional de Profesores de Qumica. Fue galardonada con el Premio a la Excelencia en la Enseanza de la Qumica en las universidades de la regin oeste, otorgado por la Asociacin de Fabricantes de Productos Qumicos. En el ao 2004 recibi el Premio McGuffey de Ciencias Fsicas de la Asociacin de Autores Acadmicos y de Libros de Texto por la octava edicin de la obra que nos ocupa, Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica, manual que ha demostrado su excelencia a lo largo del tiempo. En el ao 2006 recibi el Premio a la Excelencia del Libro de Texto por la primera edicin de Qumica. Ha recibido varias becas para la enseanza de las ciencias, entre las que se incluyen la Colaboracin de Los ngeles para la Excelencia en la Enseanza y una beca Title III en su universidad. Ha impartido conferencias y participado en congresos sobre el uso de los mtodos de la enseanza de la Qumica especialmente centrados en los estudiantes y en favorecer el xito en el aprendizaje de los alumnos.

Su marido, Bill, es tambin Profesor Emrito de Qumica y ha colaborado en la redaccin del presente texto. Ha impartido Qumica Orgnica y Qumica General en Los Angeles Harbor College durante 36 aos. Cuando los Profesores Timberlake no estn escribiendo libros de texto, se relajan practicando el senderismo, viajando, descubriendo nuevos restaurantes, cocinando, jugando al tenis o cuidando de sus nietos, Daniel y Emily.

Dedicatoria Dedico este libro a:

Mi marido, por su paciencia, su carioso apoyo y la preparacin de comidas a horas tardas

Mi hijo John, mi nuera Cindy, mi nieto Daniel y mi nieta Emily, por todas las cosas buenas de la vida

Los estupendos estudiantes, cuyo duro trabajo durante todos estos aos y su compromiso siempre me han motivado y han sido el objetivo de mis escritos

Citas favoritasEl arte completo de la enseanza es nicamente el arte de despertar la curiosidad natural de las mentes jvenes. Anatole FranceUno debe aprender haciendo lascosas; aunque creas que lo sabes, nopuedes estar seguro hasta que lopruebas. SfoclesEl descubrimiento consiste en ver lo que ve todo el mundo y pensar lo que nadie ha pensado. Albert Szent-Gyorgi Nunca enseo a mis alumnos; simplemente intento suministrarles las condiciones en las que pueden aprender. Albert Einstein

xv ii

PREFACIOAL ESTUDIANTEBienvenido a la dcima edicin de Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica. Se trata de un texto de Qumica diseado para aquellos estudiantes que piensan seguir una carrera centrada en el rea de las Ciencias de la Salud, como puede ser la Enfermera o la Teraputica. El texto est desarrollado suponiendo que el estudiante no posee conocimientos previos de Qumica. En esta nueva edicin se aaden nuevas estrategias para la resolucin de los problemas y nuevos problemas conceptuales y de desafo.

Este libro trata los aspectos fundamentales de la Qumica General, Orgnica y Biolgica. Se ha escrito con el propsito de proporcionar un entorno de aprendizaje que haga que el estudio de la Qumica sea una experiencia positiva y atractiva. Tambin se pretende ayudar al estudiante en su transformacin en un pensador crtico al comprender los conceptos cientficos que formarn la base necesaria para tomar decisiones importantes sobre temas relacionados con la salud y el medioambiente. Por esta razn, se han utilizado materiales que:

Motivan el aprendizaje y el disfrute de la Qumica Relacionan la Qumica con diversas carreras de gran inters Desarrollan habilidades para la resolucin de problemas que

conducen al xito en el estudio de la Qumica Favorecen el aprendizaje

Este libro se ha escrito con la esperanza de que ayude a descubrir nuevas y excitantes ideas y de proporcionar una experiencia gratificante al desarrollar la posibilidad de entender y apreciar el papel de la Qumica en nuestras vidas.

CARACTERSTICAS DEL TEXTOQuizs muchos alumnos se pregunten por qu en sus estudios existe una asignatura de Qumica. Muchos de ellos creen que la Qumica no es ms que una serie de hechos que deben aprenderse de memoria. Para cambiar estas ideas, se han incluido muchos aspectos que ayudan a aprender la relacin de la Qumica con la vida diaria y con las carreras del rea de las Ciencias de la Salud, y que proporcionan las habilidades necesarias para aprender esta materia de forma satisfactoria. Entre estos aspectos se incluyen las conexiones con la vida cotidiana, las guas visuales para la resolucin de problemas y las series de problemas de los captulos, diseadas para que se trabajen en el momento, reforzando as el aprendizaje de nuevos conceptos. El programa de aprendizaje que se sigue en este libro proporciona numerosas herramientas, que se describen a continuacin.

Entrevistas con cientficos y profesionales del rea sanitaria al comienzo de los captulos Se inicia cada captulo con una entrevista a un profesional de alguna carrera como Enfermera, Antropologa Forense, Fisioterapia o Terapia Respiratoria. Estos profesionales de las reas cientficas o sanitarias comentan la importancia de la Qumica en sus carreras.

Objetivos de aprendizaje Los objetivos de aprendizaje de cada seccin (El objetivo es...) indican los conceptos que el estudiante debe adquirir al estudiar el captulo.

Conexiones con la vida cotidiana Los apartados Qumica y salud, Qumica verde y Qumica y medioambiente relacionan la Qumica con tpicos de la vida cotidiana en las Ciencias y la Medicina que presentan inters y motivan a los estudiantes a la vez que respaldan el papel de la Qumica en el mundo real. El apartado Investiga tu entorno permite que los estudiantes exploren diferentes campos de la Qumica empleando materiales de la vida diaria. Las entrevistas recogidas en Profesiones con qumica proporcionan ejemplos adicionales de profesionales que emplean la Qumica en sus trabajos.

Guas para la resolucin de problemas y autocompro- bacin Como parte de un programa global de aprendizaje, los apartados Ejercicios resueltos y Ahora t! proporcionan tcnicas adecuadas para la resolucin de problemas. En los Ejercicios resueltos, los bloques de color guan visualmente hacia la solucin. Por su parte, las respuestas a la seccin Ahora t! se recogen al final de cada captulo.

Cuestiones y problemas en cada seccin Al final de cada seccin, una serie de Ejercicios y problemas permiten aplicar la resolucin de problemas a los conceptos adquiridos. Al trabajar los problemas despus de cada seccin, se reftierzan inmediatamente los conocimientos adquiridos, lo que es mejor que esperar hasta llegar al final del captulo. Se recomienda al estudiante que sea activo y practique los conceptos segn avance a lo largo del captulo.

Parejas combinadas de problemas Cada ejercicio o problema del texto se encuentra emparejado con un ejercicio o problema similar. De cada pareja, la respuesta para el problema con nmero impar se encuentra al final de cada captulo. Comprobar las respuestas proporciona informacin sobre la habilidad para resolver problemas. Como las respuestas a los problemas pares no se encuentran en este libro, el profesor puede utilizar dichos problemas como tareas para casa y/o preguntas de examen.

Preguntas de cierre del captulo Al final de cada captulo, hay ms prctica, empezando con Comprender los conceptos, que anima a reflexionar sobre los conceptos aprendidos. Los Ejercicios y problemas adicionales proporcionan preguntas ms completas que integran diferentes tpicos del captulo a fin de potenciar el entendimiento y el pensamiento crtico. Acepta el reto! permite un estudio a mayor profundidad; este apartado puede utilizarse en entornos de aprendizaje cooperativo.

Ilustraciones artsticas de lo macro a lo micro de la organizacin atmica A lo largo del texto, un amplio y brillante programa de ilustraciones conecta visualmente el mundo real con representaciones a nivel atmico. Las ilustraciones nos ensean que los objetos de la vida cotidiana tienen un nivel atmico de organizacin y estructura que determina su comportamiento y sus funciones. Cada figura contiene una pregunta que invita a estudiarla y relacionarla con el contenido del texto. El uso abundante de estruc

xv iii

PREFACIO X X

turas tridimensionales de las molculas estimula la imaginacin y ayuda a entender las estructuras atmicas y moleculares.

Ayudas al final del captulo Al final de cada captulo, un Mapa conceptual relaciona de forma visual los tpicos y conceptos del captulo; los diferentes resmenes proporcionan una visin general de los temas ms importantes, y los Trminos clave y sus definiciones pueden ayudar a repasar el vocabulario nuevo.

NOVEDADES DE LA DCIMA EDICINPara esta dcima edicin se han aadido las siguientes novedades en cada captulo:

Ms Guas para la resolucin de problemas, que ilustran estrategias de resolucin.

Nuevas notas de Qumica verde, que incluyen temas como: Biodisel: Un combustible alternativo, Gases de invernadero y Bombillas ahorradoras de energa.

Nuevas notas sobre Qumica y salud, que incluyen temas como: Braquiterapia y La estructura de las protenas y la enfermedad de las vacas locas.

Nuevas entrevistas en el apartado Profesiones con qumica, como la realizada a un gelogo.

Modelos moleculares en las series de problemas que aumentan el entendimiento visual de las reacciones qumicas.

Medidas en partes por milln (ppm) y en partes por billn (ppb).

Nuevos modelos de estrategias para la resolucin de problemas en Ejercicios resueltos y Ahora t!.

Nuevos ejercicios en el apartado Comprender los conceptos, que aaden ejemplos visuales al aprendizaje conceptual.

Nuevas series de problemas en Combina los conceptos de los captulos..., que contienen ejercicios de mayor dificultad al combinar tpicos de varios captulos.

ORGANIZACIN DE LOS CAPTULOS EN LA DCIMA EDICINPrlogoEl prlogo presenta a los alumnos los conceptos que se esconden detrs de los trminos productos qumicos y qumica, exponiendo el mtodo cientfico, y cuestiona a los alumnos para que desarrollen un plan de estudio que los ayude en su aprendizaje. Los nuevos puntos incluidos en el Prlogo son El objetivo es..., Mapa conceptual, Ahora t!, Ejercicios y problemas adicionales, Acepta el ieto! y Respuestas. Se ha aadido tambin el cuadro Qumica y salud titulado Los primeros qumicos: los alquimistas.

Captulos 1 y 2El captulo 1, Medidas, versa sobre las medidas y la necesidad de entender las estructuras numricas del sistema mtrico en las ciencias. La seccin 1.2, Notacin cientfica, es nueva. Entre los puntos aadidos se incluyen el tiempo en segundos, los prefijos

tera y pico en el sistema mtrico y en el SI, las partes por milln y las partes por billn, y Qumica verde: Toxicologa y evaluacin de la relacin riesgo-beneficio. Las Guas para la resolucin de problemas emplean bloques de color como gua visual de la ruta a seguir para resolver el problema.

El captulo 2, Energa y materia, trata sobre la energa y el calor, los valores energticos nutridonales, las conversiones de temperatura, los estados de la materia y la energa involucrada en los cambios de estado. Se emplea el julio (J) como unidad del SI en nuevos problemas sobre energa. Se ha actualizado el contenido de Qumica verde: El dixido de carbono y el calentamiento globab>. Los Ejercicios resueltos se han modificado para utilizar la estrategia de la Gua para la resolucin de problemas. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 1 y 2 es una novedad de esta edicin.

Captulos 3, 4 y 5El captulo 3, Atomos y elementos, cubre la clasificacin de la materia, los elementos, los tomos y las partculas subatmicas. La seccin 3.3, La tabla peridica, hace hincapi en la numeracin de los grupos de 1 a 18. Se han aadido los elementos de nmeros atmicos 116 y 118. Entre las novedades incluidas estn Qumica y salud: La toxicidad del mercurio; el descubrimiento de los electrones por J. J. Thomson, usando el tubo de rayos catdicos; el clculo de la masa atmica media de un elemento a travs del tanto por ciento de abundancia y la masa de los istopos, y Qumica verde: Bombillas de bajo consumo. En la seccin 3.8, Variaciones peridicas, se tratan las propiedades peridicas de los elementos, entre las que se incluyen los electrones de valencia, el tamao atmico y la energa de ionizacin.

El captulo 4, Los compuestos qumicos y sus enlaces, describe cmo los tomos forman enlaces inicos y covalentes y cmo se forman los compuestos. Los estudiantes aprendern a escribir frmulas y a nombrar los compuestos inicos, incluidos aquellos que poseen iones poliatmicos y los compuestos covalentes. Se ha aadido una discusin sobre los tamaos de los tomos y de sus correspondientes iones. La seccin 4.6, Electro- negatividad y polaridad de enlaces, lleva al tratamiento de la polaridad de los enlaces y las molculas. Se ha aadido la seccin 4.8, Fuerzas de atraccin intermoleculares.

El captulo 5, Cantidades y reacciones qumicas, introduce los moles y las masas molares de los compuestos, que se emplean en los clculos para determinar la masa o el nmero de partculas que hay en una determinada cantidad de compuesto. En la seccin 5.5, Tipos de reacciones, se estudian las colisiones e interacciones entre tomos y molculas. Los estudiantes aprendern a ajustar y a reconocer los tipos de reacciones qumicas. Hay una nueva nota de Qumica verde: Pilas de combustible: energa limpia para el futuro. En la seccin 5.7, Relaciones entre moles en las ecuaciones qumicas, y en la seccin 5.8, Clculos de masas para las reacciones, se prepara a los alumnos en el tema de las relaciones cuantitativas en las reacciones. El captulo termina con la seccin 5.9, La energa en las reacciones qumicas, en la que se trata la energa de activacin y las reacciones endo- y exotrmicas. Entre las novedades aadidas se encuentran nuevos problemas en las secciones Comprender los conceptos y Acepta el reto!. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 3 a 5 es una novedad de esta edicin.

X X PREFACIO

Captulos 6, 7 y 8El captulo 6, Gases, versa sobre las propiedades de los gases y la forma de calcular los cambios en ellos, empleando las leyes correspondientes. Las estrategias para la resolucin de problemas favorecen la discusin y los clculos con dichas leyes. Entre los nuevos puntos tratados se incluyen la prediccin de cambios en las variables de los gases; la Gua para la resolucin de problemas utilizando el volumen molar en reacciones para el ejercicio resuelto 6.12; la tabla 6.4: Resumen de las leyes de los gases, y Qumica verde: Gases con efecto invernadero.

En el captulo 7, Disoluciones, se describen las disoluciones, la saturacin, la solubilidad, los electrolitos, las concentraciones y la smosis y dilisis. Las estrategias para la resolucin de problemas clarifican el uso de las concentraciones para calcular el volumen o la masa del soluto. Los volmenes y las molaridades de las disoluciones se emplean en las reacciones qumicas. Se han actualizado las explicaciones sobre dilucin, valoracin y smosis, y se han agregado nuevos problemas sobre concentracin y dilucin.

El captulo 8, Acidos y bases, versa sobre los cidos y bases y su fortaleza, los pares conjugados cido-base, la ionizacin del agua, el pHy los tampones. La seccin 8.1, Acidos y bases, incluye ahora los cidos y bases de Bronsted-Lowry. Entre los nuevos puntos tratados se encuentran el clculo de la [H30 +] a partir del pH; Qumica verde: La lluvia cida, y nuevos problemas relacionados con la lluvia cida. Las valoraciones cido-base utilizan las reacciones de neutralizacin para calcular la cantidad de cido de una muestra. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 6 a 8 es una novedad de esta edicin.

Captulos 9 , 10 ,11 y 12En el captulo 9, Radiacin nuclear, se estudian los tipos de partculas radiactivas que emiten los ncleos de los tomos radiactivos. Se escriben y se ajustan las ecuaciones tanto para la radiactividad natural como para la artificial. Se ha aadido al texto la discusin sobre los efectos biolgicos de la radiacin, adems del cuadro Qumica y salud: Braquiterapia y una actualizacin de la discusin sobre la presencia del gas radn en los hogares. Se estudian las vidas medias de los radioistopos, y se calcula el tiempo necesario para la descomposicin de una muestra. Se describen los radioistopos ms importantes en el campo de la Medicina Nuclear.

En el captulo 10, Introduccin a la Qumica Orgnica: los alcanos, se introducen los compuestos orgnicos, comenzando con la familia de los alcanos. Las reglas de nomenclatura se clarifican gracias a los diferentes apartados de Gua para la resolucin de problemas. El captulo acaba con la seccin 10.5, Grupos funcionales, una introduccin a cada familia de compuestos orgnicos, bsica para entender las biomolculas de los organismos vivos.

En el captulo 11, Hidrocarburos insaturados, se estudian los alquenos y los alquinos, los ismeros cis-trans, las reacciones de adicin, los polmeros de los alquenos y los compuestos aromticos. En la seccin 11.3, Reacciones de adicin, se estudian la hidrogenacin y la hidratacin, vitales en los sistemas biolgicos. Tambin se tratan los polmeros sintticos que se emplean en los objetos de uso cotidiano.

En el captulo 12, Compuestos orgnicos con oxgeno y azufre, se tratan los alcoholes, los teres, los tioles, los aldehidos y las cetonas. La discusin sobre las Proyecciones de Fischer

inserta en la seccin 12.6, Molculas quirales, se ha redactado de nuevo con objeto de preparar mejor a los estudiantes para el posterior estudio de los hidratos de carbono (captulo 14) y de los aminocidos (captulo 16), junto con los frmacos quirales y su comportamiento en los seres vivos. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 9 a 12 es una novedad de esta edicin.

Captulos 13, 14 y 15En el captulo 13, Acidos carboxlicos, steres, aminas y amidas,se completa el estudio de la Qumica orgnica. Se discuten las familias y las reacciones qumicas que tienen una mayor aplicacin en los sistemas bioqumicos. En las secciones 13.1, Acidos carboxlicos, y 13.2, Propiedades de los cidos carboxlicos, se estudian el grupo carboxilo y los cidos carboxlicos como cidos dbiles. Las secciones 13.4, Aminas, y 13.5, Amidas, hacen hincapi en el tomo de nitrgeno y en los grupos funcionales y su nomenclatura. Qumica y salud: Alcaloides: las aminas de las plantas trata de las aminas naturales que se encuentran en las plantas.

En el captulo 14, Hidratos de carbono, se aplica la Qumica orgnica a la Bioqumica, lo que relaciona el estudio de la Qumica con las Ciencias de la Salud y la Medicina. Las secciones 14.2, Proyecciones de Fischer de los monosacridos, y 14.3, Frmulas de Haworth de los monosacridos, son dos ttulos con contenidos nuevos. Muchas estructuras se han redibu- jado en forma de proyecciones de Fischer. Tambin se han aadido ms ejemplos de azcares a la discusin sobre edulcorantes de la seccin 14.5, Disacridos.

En el captulo 15, Lpidos, se contina el estudio de las biomolculas con los cidos grasos, los triacilgliceroles (triglicri- dos), los glicerofosfolpidos y los esteroides. Se ha aadido el cido araquidnico a la tabla 25.1 sobre cidos grasos. Se ha reescrito el estudio de los ismeros cis y trans buscando una identificacin ms fcil de los ismeros. Una nota nueva de Qumica verde trata sobre el biodisel como un combustible alternativo, ya que no est basado en el petrleo. Entre las notas de Qumica y salud, presentan inters para los estudiantes las dedicadas a la olestra, a los cidos grasos trans y a las lipoprotenas. Se estudia el papel de los lpidos en las membranas celulares, as como el de los lpidos que actan como hormonas esterodicas. En Acepta el reto!, se pide a los alumnos que hagan clculos relativos a la hidrogenacin y saponificacin de un triacilglicerol. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 13 a 15 es una novedad de esta edicin.

Captulos 16, 17 y 18En el captulo 16, Aminocidos, protenas y enzimas, se estudian los aminocidos, la formacin de protenas, los niveles estructurales de las protenas, las enzimas y la accin de las enzimas. Entre los nuevos puntos aadidos se incluyen un tratamiento actualizado de los zwiteriones y de los puntos isoelctricos y el cuadro Qumica y salud: Estructura proteica y enfermedad de las vacas locas. Los aminocidos se representan como las formas ionizadas que existen en las disoluciones fisiolgicas. La seccin 16.5, Niveles estructurales de las protenas, describe la importancia de la estructura de las protenas en los niveles primario, secundario, terciario y cuaternario. Las enzimas se tratan como catalizadores biolgicos, junto

PREFACIO xx

con la influencia de las concentraciones de sustrato, los cofactores, los inhibidores y la desnaturalizacin en la accin de la enzima.

El captulo 17, Acidos nucleicos y sntesis de protenas, describe los componentes y la estructura de los cidos nucleicos. El papel del emparejamiento de bases complementarias se seala tanto en la replicacin del ADN como en la formacin del mARN durante la sntesis de protenas. Los puntos nuevos del captulo incluyen la sustitucin del trmino base nitrogenada por base y la comparacin de los porcentajes de A y T, G y C en el ADN. Una nota nueva de Qumica y salud describe la huella dactilar del ADN y su papel en la Medicina y la Criminologa. La seccin 17.4, El ARN y el cdigo gentico, estudia la relacin entre el cdigo gentico y el orden de los aminocidos en una protena. Las mutaciones describen las formas en las que una secuencia de nucletidos se ve alterada en las enfermedades genticas. En la seccin 17.7, Virus, se explica cmo el ADN y ARN de los virus utilizan las clulas anfitrin para formar nuevos virus.

El captulo 18, Procesos metablicos y produccin de energa, versa sobre los procesos metablicos de las biomolculas, desde la digestin de los alimentos hasta la sntesis del ATP. Los estudiantes aprendern los pasos del metabolismo y de la digestin de los hidratos de carbono junto con las coenzimas necesarias en las rutas metablicas. La fragmentacin de la glucosa para formar piruvato se describe empleando la ruta de la gluclisis, que contina con la descarboxilacin del piruvato a acetil CoA. Tambin se estudiar la incorporacin del acetil CoA en el ciclo del cido ctrico y la formacin de coenzimas reducidas. Se describen el transporte de electrones, la fosforilacin oxidativa y la sntesis del ATP. Adems, se trata la oxidacin de los lpidos y la degradacin de los aminocidos. El conjunto de problemas del apartado Combina los conceptos de los captulos 16a 18 es una novedad de esta edicin.

PAQUETE DE INSTRUCCINEl libro Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica, dcima edicin, es el ncleo de un paquete integrado de material de soporte de enseanza y aprendizaje tanto para los estudiantes como para los profesores.

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Los problemas de auto-tutora proporcionan una respuesta especfica a los errores ms habituales y suministran puntos para una valoracin parcial.

Tanto si los profesores asignan trabajos o actividades a los alumnos fuera de clase como si no lo hacen, los estudiantes tienen acceso a una abundante serie de medios para el autoestudio. Las actividades interactivas fomentan el aprendizaje gracias a los diferentes subprogramas y a las predicciones que son capaces de realizar. Tambin se proporcionan otras ayudas dirigidas a la autoevaluacin, entre las que se incluyen pruebas de conocimiento, preguntas de resumen y estudios de casos relacionados con el mundo cotidiano.

A lo largo de la dcima edicin de Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica, los iconos dirigen al estudiante a ChemPlace, al que pueden acceder a travs de un link del rea de estudio de MasteringChemistry. Las actividades de autoestudio, los casos, las pruebas de conocimiento y dems corresponden a los conceptos que los estudiantes estn explorando en ese momento.

ACTIVIDAD DE AUTOESTUDIOLos estudiantes pueden explorar tutoriales interactivos sobre los conceptos clave en Qumica General, Orgnica y Biolgica. Estas actividades, que se realizan al ritmo que desea el estudiante, le permiten hacer predicciones, generar grficas y ver animaciones, al mismo tiempo que se enfrentan a los errores de concepto ms habituales y construyen los fundamentos de sus conocimientos sobre Qumica.

CASOS PARA ESTUDIAR... A TU RITMO Estudios de casos accesibles online ayudan a los alumnos a comprender que la Qumica es relevante, fascinante y vital para el mundo que los rodea. Estos casos reales motivan a los estudiantes a comprender que sus estudios de Qumica General, Orgnica y Biolgica pueden tener un buen uso en el mundo real. Adems, tratan de temas tales como los clculos en el rin, la hiperventilacin y la irradiacin de alimentos.

PARA LOS ESTUDIANTES

Edicin especial de Chemistry PlaceTM de la dcima edicin del libro Qumica: Una introduccin a la Qumica General,

xx ii PREFACIO

Orgnica y Biolgica. (Acceso a travs del StudyArea de la http:// www.masteringchemistry.com.)

i,

PREFACIO x x ii

REVISORESRevisores de la dcima edicn

Kristopher M. Baker, SUNY, Rockland CC Daniel Bernier, Riverside City College David Canoy, Chemeketa Community College Ron Choppi, Chaffey CollegeSusan E. Cordova, Central New Mexico Community CollegeAlan D. Earhart, Southeast Community CollegeCoretta Fernandes, Lansing Community CollegeEric Goll, Brookdale Community CollegeJohn G. Griggs, Troy UniversityByron Howell, Tyler Junior CollegeShelli Hull, Tarrant County Community College, SouthTimothy Kreider, University o f Medicine & Dentistry o f New JerseyNancy Leigh, Spoon River CollegeChunmei Li, Stephen F. Austin State UniversityChris Massone Molloy CollegeSusanne McFadden, Tarrant County Community College, NWFelix Ngassa, Grand Valley State UniversityDr. MaryKay Orgill, University o f Nevada, Las VegasGordon A. Pomeroy, York Technical CollegeLesley Putman, Northern Michigan UniversityMarie Qui rie, Algonquin CollegeKathleen Thrush Shaginaw, Particular Solutions, Inc.Mark Thomson, Ferris State University Rod Tracey, College o f the Desert Eileen Reilly-Wiedow, Fairfield University

Revisores de la novena edicn

Stephan Angel, Washburn University Martin Brock, Eastern Kentucky University Salim Diab, University o f St. Francis Adeiiza Flores, City College o f San Francisco Mushtaq Khan, Union County College Da-Hong Lu, Fitchburg State College Janice ODonnell, Henderson State University Paris Powers, Volunteer State Conmiunity College Kellie Summerlin, Troy State University

Revisores de la octava edicin

Mamta Agarwal, Chaffey Community CollegeDavid Ball, Cleveland State UniversityBai Barot, Lake Michigan UniversityGerald Bergman, Northwest State CollegeIldy Boer, County College o f MorrisAna Ciereszko, Miami-Dade Community CollegeBob Eierman, University ofWisconsin-Eau ClaireSandra Etheridge, Gulf Coast Community CollegeJean Gade, Northern Kentucky UniversityEric Goll, Brookdale Community CollegeKevin Gratton, Johnson County Community CollegeDenise Guinn, Regis CollegeMichael Hauser, St. Louis Community College-MeramecJohn Havrilla, University o f Pittsburgh-JohnstownJack Hefley, Blinn CollegeLarry Jackson, Montana State UniversityT. G. Jackson, University o f South AlabamaSharon Kapica, County College o f MorrisColleen Kelley, Northern Arizona UniversityPeter Krieger, Palm Beach Community CollegeKathryn MacNeil, Kent State University-TuscarawasHank Mancini, Paradise Valley Community CollegeLarry McGahey, College o f St. ScholasticaR. John Muench, Heartland Community CollegeThomas Nycz, Broward Community CollegeJung Oh, Kansas State University-SalinaSteve Samuel, State University o f New York-Old WestburyKaren Sanchez, Florida Community College-JacksonvilleBahar Sheikh, Barton County Community CollegeMark Sinton, Clarke CollegeScott Smith, Montcalm Community CollegeHeinz Stucki, Kent State University-TuscarawasEric Taylor, University o f Louisiana at LafayetteBeth Wise, Brookdale Community CollegeCheryl Wistrom, Saint Joseph 's College

ENFOQUE PROFESIONAL Y APLICACIONES EN LA VIDA DIARIAESTE TEXTO SE HA DISEADO PARA AYUDAR A LOS ESTUDIANTES A ALCANZAR SUS OBJETIVOS PROFESIONALES

E N E S T A U N I D A D . . .

Cantidades y reacciones qumicas

En nuestro laboratorio de ciencias de la alimentacin desarrollamos una gran variedad de alimentos, desde bollera tipo donuts hasta bebidas energticas, diceAnne Cristofano, tcnica superior en alimentacin en Mattson & Company. Cuando comenz el proyecto de los donuts, investigamos los ingredientes, los pesamos en el laboratorio, aadimos agua para hacer la masa y cocinamos los donuts en una freidora. La masa y la temperatura del aceite suponen grandes dificultades. Cuando no conseguimos el sabor y la textura deseados, ajustamos los ingredientes como el azcar y la harina o la temperatura.

Un tcnico en alimentacin estudia las propiedades fsicas y qumicas de los alimentos y desarrolla mtodos cientficos para su procesado y conservacin durante mucho tiempo antes de su consumo. Los productos de alimentacin se prueban para conocer su textura, color y olor, y los resultados de estas pruebas ayudan a mejorarla calidad y seguridad de los alimentos.

5.1 El mol

5.2 Masa molar

5.3 Cambios qumicos

5.4 Ecuaciones qumicas

5.5 Tipos de reacciones

5.6 Reaccionesde oxidacin-reduccin

5.7 Relaciones entre moles en las ecuaciones qumicas

5.8 Clculos de masas para las reacciones

5.9 La energa en las reacciones qumicas

w hem istry ^ c place

Visita www.chefnplace.com yencontrars cuestiones adicionales, tutoriales interactivos, informacin profesional, diapositivas en PowerPoint para repasar el captulo, ayuda para resolver las operaciones matemticas y casos prcticos.

X X V

En la web El StudyA rea de MasteringChemistryse adentra en cada una de las profesiones comentadas en Profesiones con qumica y gua a los alumnos a travs de estudios de caso interactivos.

Enfoque profesionalDentro de cada captulo hay ejemplos adicionales de profesionales del rea de las Gencias de la Salud que emplean la Qumica en su labor diaria.

Inicio del captulo cadacaptulo comienza con una entrevista a un profesional del rea de las Ciencias de la Salud o alguna otra rea relevante. Estas entrevistas muestran cmo interaccionan las labores de dichos profesionales con la Qumica.

FsoterapeutaSegn el fsoterapeuta Vincent Leddy los fisioterapeutas necesitan conocer cmo funciona el cuerpo, los msculos y las articulaciones para darse cuenta de si algo no funciona o si es necesario fortalecer alguna parte del cuerpo. Para nosotros, la qumica es muy importante, ya que nos ayuda a comprender la fisiologa del cuerpo y el efecto que ciertos cambios qumicos producen en el movimiento. Me decid a estudiar fisioterapia porque me gusta ensear a moverse a los nios; llevo a Maggie en su silla de ruedas, pero la dejo moverse por s misma todo lo que ella pueda. La ayudo proporcionndole un apoyo slido y la confianza de que estar sujeta y no se caer. Trabajo para conseguir que Maggie logre mover todo su cuerpo, al mismo tiempo que un terapeuta ocupacional desarrolla sus habilidades motoras ms finas para que pueda llegar a apretar botones o a coger objetos. La combinacin de ambas, la fisioterapia y la terapia ocupacional, permite mejorar las capacidades de los nios.

X X V

LOS ESTUDIANTES APRENDERN QUMICA EMPLEANDO EJEMPLOS DE LA VIDA COTIDIANA

{NUEVO!Qumica verdeA travs de Qumica verde se resaltan las aplicaciones prcticas de la Qumica que son beneficiosas para la salud humana y el medioambiente. Las nuevas tendencias de la Qumica verde que estn siguiendo qumicos, ingenieros, dentficos, profesionales de la salud e investigadores estn enfocadas hacia procedimientos y productos que sean benignos por su diseo y proporcionen sostenibilidad.

Qumica y medioambienteLos textos de Qumica y medioambiente a lo largo de los captulos relacionan la Qumica con temas de la vida cotidiana, tanto en Ciencias como en Medicina, que son interesantes y motivadores para los alumnos y justifican el papel de la Qumica en el mundo real. Profundizan en temas tales como el calentamiento global, la presencia del gas radn en los hogares, la lluvia cida o el combustible biodisel.

Estimadon de la antigedad de objetosLa tcnica conocida como datacin radiolgica es empleada por los {jlogas, arquelogos e historiadores para determinarla edad de objetos antiguos. La edad de un material antiguo obtenido de plantas u mima tes (como puede ser la madera, las fibras, los pigmentos natura- fes. el hueso o las prendas de algodn y lana) se determina midiendo la cantidad de carbono-14, istopo natual del carbono. En 1960. Willaid Libby recibi el Premio Nobel de Qumica por el trabajo que desarroll sobre la datacin por radiocarbonodivante los aos 40. El carbono-14 se produce en la parte superior de la atmsfera por bombardeo de JN con neutrones de alta energa provenientes de los rayos csmicos.

n *N ----- *JC + HNeuronas Nlfgeno en Carbono-14 Protn de bs rayos la atmsfera radiactivo csmicos

0 carbono-14 reacciona con el oxgeno para formar dixido de carbono radiactivo: '^ CO*. El dixido de carbono es absorbido canti- mamente perlas plantas, producindose la incorporacin de carbono 14 en las mismas. La asimilacin de carbono-14 cesa cuando las plantes mueren.

'C----- 'N +

A medida que el carbono-14 se desintegra, la cantidad de carbono-14 radiactivo en las plantas disminuye gradualmente. Enel proceso conocido como datarin por radiocarbonn, los cientficos utili- a n la vida media del carbono-14 (5730 aos) para calcular el tiempo transcurrido desde que la planta muri. Cuando el material procedente de la planta va envejeciendo, cada vez que da menos carbono-14 y s puede estimar la edad aproximada de la muestra. Por ejemplo, si ina viga de madera encontrada en una antigua vivienda india contiene k mitad del carbono-14 encontrado en las plantas vivas y la vida media del carbono-14 esde 5730 aos, se puede estimar que la vivienda fue construida aproximadamente hace 5730 aos. La datacin por ediocarbono fue empleada para establecer que los pergaminos del Mar Muerto tienen unos 2000 aos de antigedad

0 mtodo de datacin radiolgica empleado para estimar la anti- gjedad de las rocas se sirve del radioistopo uranio-238. que se descompone en varias etapas produciendo plomo-206. El istopo ura iio-238 tiene una larga vida media.de alrededor de 4 X 10 (4 billones) aos. Mediante la determinacin de las cantidades de uranio-238 y plomo-206. los gelogos pueden determinar la edad de diferentes rocas. Las rocas ms antiguas tienen un mayor contenido en plomo-206, ya qje una mayor proporcin de uranio-238 se habr desintegrado. La dad de las rocas lunares que se recogieron en b misin del Apollo se determin empleando uranio-238 y se estim en 4 X 10* aos de antigedad, prcticamente la misma edad calculada para la tierra.

r e /e ,Pilas de combustible: energa limpia para el futuroLas celdas de combustible han atrado la atencin de los dentficos, ya que proporcionan una fuente alternativa de energa elctrica que es ms eficiente, no emplea las reservas de combustibles fsiles y genera

Corrientedctrica

nH4-

H+

H+-

H*H+-

Membrana de plstico

----- Ojgas ;-----

o2-e-o2-

o2-

-HzO-7-

Ctodo \ / nodoCatalizador

Oddadn Reducdn2H ---- *4H *(aq)+ 4e Ot(g)+ 4H+(q)+ 4

El esmog y su influencia en la saludBcistendos tipas de esmog. Uno de ellos, el esmog fotoqumica, nece- dta la luz solar para nldar las reacciones que forman contaminantes como son los xidos de nitrgeno y el ozono. El otro tipo de esmog, el industrial o londinense.se da en reas en las que se quema carbn que contiene azufre.

El esmog fotoqumico es el que ms abunda en las ciudades en las que la gente depende de los coches para el transporte. En un da tpico en Los ngeles, por ejemplo, las emisiones de xido de nitrgeno (NO) de los tubos de escape de los coches aumentan al aumentar el fico de las carreteras. El xido de nitrgeno se forma cuando el N2 y el 0 2 reaccionan a temperaturas elevadas en los motores de los coches y camiones.

N,A02

SO3(g)+ H fiO )----- - R^SO/aj)Acida sulfrico

La presencia de cido sulfrico en ros y lagos supone un aumento de la acidez del agua, reduciendo la capacidad de supervivencia de animales y plantas.

Qumica y salud La amplia serie de notas sobre Qumica y salud en cada captulo aplica b s conceptos qumicos a temas relevantes de las Ciencias de la Salud y la Medicina. Estos temas abarcan, entre otros, la prdida y ganancia de peso, las grasas artificiales, los esteroides a na bol izantes, el alcohol, las enfermedades genticas, los virus y el cncer.

Investiga tu entorno En Investiga tu entorno se aportan instrucciones para llevar a cabo actividades y experimentos empleando materiales de uso cotidiano, animando as a los estudiantes a explorar de forma activa los temas seleccionados, ya sea de forma individual o en sesiones de aprendizaje en grupo. Cada actividad est precedida de unas preguntas que potencian el razonamiento crtico.

w eg/j^ a tu e n to rn oOxidacin de frutas y verdurasLas superficies recin cortadas de las frutas y verduras se oscurecen cuando * exponen al oxgeno del aire. Corta 3 rodajas de una fruta o verdura puede ser una manzana una paaia un aguacae o un pltano. Deja una de las rodajas endma de la mesa de la cocina Osin tapar). Recubre otra con plstico dmentarlo y djala tambin encima de la mesa de la cocina. Moja la tercera en zumo de limn y djala sin tapar encima de la mesa de la oodna.

PREGUNTAS

L Qu cambios han tenido lugar en cada una de las muestras despus efe 1 o 2 horas?

Cmo ralentiza la decoloracin de las frutas y verduras el hecho de cubrirlas con plstico?Si el zumo de limn contiene vitamina C (un antioxidante), cmo influye en la reaccin de oxidacin de la superficie de la fruta o verdura el hecho de introducir esta en zumo de limn?Otras tipas de antioxidantes son la vitamina E, el cido ctrico y el BHT. Busca estos antioxidantes en las etiquetas de cereales, patatas fritas y otros alimentos habituales. Par qu se aaden antioxidantes a los productos de alimentacin que se van a almacenar en la despensa?

ENFOQUE PENSADO PARA EL ESTUDIANTEEL OBJETIVO FINAL ES MANTENER EL INTERS DE LOS ESTUDIANTES

E L O B JE T IV O E S . . .

usar el nmero de Avogadro para calcular el nmero de partculas en un determinado nmero de moles.

5.1 EL MOLEh la pollera, compramos los huevos por docenas y en el supermercado, los refrescos se compran per packs. Los trminos docena y packse emplean para contar el nmero de unidades Incluidas. Por ejemplo, al comprar una docena de huevos, sabemos que hay doce

Objetivos de aprendizajeEl apartado El objetivo es... , situado al comienzo de cada seccin, identifica daramente el concepto dave de la misma, proporcionando una gua para el camino a seguir en el estudio. Toda la informacin contenida en cada seccin est relacionada con su objetivo de aprendizaje. Los objetivos de aprendizaje de cada seccin se repiten nuevamente en el resumen del captulo para que los estudiantes puedan asegurarse de que dominan los conceptos clave.

D E UN V I S T A Z O !

5.1 El molB objetivo es... usar el nmero de Avogadro para calcular el nmero de partculas en un determinado nmero de moles.Un mol de un elemento contiene 6.02 X 10a tomos; un mol de un compuesto contiene 6,02 X 10a molculas o unidades frmula.

5.2 Masa molarH objetivo es... determinar la masa molar de una sustancia, y usar la masa molar para interconvertir gramos y moles.La masa molar (g/mol) de cualquier sustancia es la masa en gramos numricamente igual a su masa atmica, o a la suma de masas atmicas, que han sido multiplicadas por sus subndices en una frmula Se transforma en factor de convexin cuando se emplea para convertir una cantidad de gramas en moles o un nmero dado de moles en gramos.

5.3 Cam bios qumicosB objetivo es... identificar un cambio en una sustancia como cambio fsico o qumico.Tiene lugar un cambio qumico cuando los tomos de 1 sustancias iniciales se reorganizan para formar sustancias nuevas. Cuando se forman nuevas sustancias, ha tenido lugar una reaccin qumica En un cambio fkicQ-Ia. si tslaiiriaf!S-lanxisiTLa_np.rri7inib3njsii-tamao, .su _foniia.ii s i

Una ecuacin qumica presenta las frmulas de las sustancias que reaccionan en el lado izquierdo de la flecha de reaccin y los productos que s forman en el lado derecho de la flecha de reaccin Una ecuacin se ^usta escribiendo los nmeros enteros ms pequeos (coeficientes) delante de las frmulas para Igualar los tomos de cada elemento en los reactivos y los productos.

5.5 Tipos de reacdonesB objetivo es... identificar una reaccin como combinacin, descomposicin, o reemplazamiento.Muchas reacciones qumics se pueden clasificar por el tipo de reaccin: combinacin descomposicin reemplazamlento sencillo o reemplazamiento doble

5.6 Reacciones de oxidadn-reduccinB objetivo es... definir los trminos oxidacin y reduccin. Cuando en una reaccin se transfieren electrones, se trata de una reaccin de oxidadn-reduedn Un reactivo pierde electrones, y el otro gana electrones. En conjunto, el nmero de electrones podidos y ganados es el mismo.

5.7 Reladones entre m oles en las ecuadones qumicas

Estilo de redaccinKaren Timberlake es conocida por su estilo accesible en la redaccin de los textos, basado en un ritmo cuidadoso y en un desarrollo sencillo de las deas qumicas, apropiado para los conocimientos previos de los estudiantes del rea de Ciencias de la Salud. Define con precisin los trminos y presenta objetivos claros para cada seccin del texto. Sus analogas son claras y ayudan a b s estudiantes a visualizar y entender b s conceptos qumicos clave.

M A P A C O N C E P T U A L

REACCIONES Y CANTIDADES QUMICAS

Cantidades Reaccionesqjimicas q u micas

de sustancias se escriben como se clasifican como

Moles

en ecuaciones como

____ I____Factores molares

en gramos es la

Masa molar

a partir de los coeficientes y

queconvierte

Masa molar

Moles en gramos Gramos en moles

se emplean para calcular

Ecuacionesqumicas

Combinad n, descomposicin,

yre emplazamiento

y y aquellas con

justadas Prdida o gananciade electrones

empleandonmeros

denominados son tambin

La cantidad de un producto

o reactivo

Coeficientes Reacciones de oxi dacin-

reduccin

Mapas conceptualesCada captulo se cierra con un Mapa conceptual que resume los conceptos dave de cada captub y muestra cmo se relacionan unos con otros.

xx v iii

iJ*

Uh cambio fisico: ih cambio qumico:la ebullicin del agua ia formacin de ptina en la plata

Ag AfcSLa plata y la ptina son sustancias diferentes

E agua y el vapor estn ambos formados por molculas de H/3

FIGURA 5 .2 Un cambio qumico origina nuevas sustancias; un cambio fsico, no. P Por qu la formacin de ptina es un cambio qumico?

Imgenes que ayudan a los estudiantes a visualizar la QumicaLas ilustraciones no solo estn fantsticamente realizadas y seleccionadas, sino que resultan eficaces desde el punto de vista pedaggico.

Imgenes de lo macro a lo microLas fotografas y los dibujos lustran la estructura atmica de objetos identificares, colocando la Qumica en su contexto y relacionando el mundo atmico con el macroscpico. Las preguntas que aparecen en cada figura letan a los estudiantes a pensar de forma crtica sobre las fotografas y los dibujos.

FIGURA 5 .5 En una reaccin de descomposicin, se fragmenta un reactivo en dos o ms productos.P Qu diferencia hay entre los reactivos y los productos para clasificar a la reaccin como de descomposicin?

2HjO (t)xido de mere urio(II)

0&)Oxigeno

2HgMercurio

x x ix

RESOLUCIN DE PROBLEMASNUMEROSAS HERRAMIENTAS QUE ENSEAN A LOS ESTUDIANTES CMO RESOLVER PROBLEMAS

Gua visual para la resolucin de problemasLa autora es consciente de los retos de aprendizaje a los que se enfrentan b s alumnos de este curso, por b que b s gua paso a paso a travs del proceso de la resolucin de b s probbmas.Para cada tipo de problema, la autora utiliza un diagrama de flujo nico codificado por oobres en coordinacin con bs ejempbs resueltos en paraleb para guiar visualmente a bs alumnos a travs de cada una de las estrategias para la resolucin de problemas.

Ejercicios resueltos y Ahora t!A lo largo del texto aparecen numerosos Ejercicios resueltos que demuestran las aplicaciones de cada nuevo concepto. Las resoluciones trabajadas se explican paso a paso, oonstituyendo un modelo de resolucin de probbmas, y muestran los clculos que son necesarios realizar. Este apartado se cierra con Ahora tul, un ejercicio que permite a los alumnos comprobar si han entendido la estrategia para la resolucin del problema planteado.

Ejercicios y problemas integradosLos Ejercicios y problemasal final de cada seccin animan a los estudiantes a aplicar los oonceptos aprendidos y a resolver problemas relacionados con estos conceptos despus de cada seccin. Son problemas emparejados, uno de numeracin impar con uno de numeracin par, lo que sirve de gua a los estudiantes en la resolucin de problemas. Las respuestas a b s problemas de numeracin impar se encuentran al final de cada captulo.

E JER C IC IO S Y PROBLEM AS

Clculos de masas para reacciones

553 E3 sodio reacciona con oxgeno para formar xido de sodio:4Na& + Q,(g)------ 2Na,0 (s)

Cuntos gramos de Na,0 se forman cuando reaccionan 2,50 moles de Na?

kSi se tienen 18,0 gde Na. cuntos gramos de O, se necesitan para la reaccin?

c Cuntos gramos de O, se necesitan para una reaccin en la que se forman 75.0 g de Na,O?

5.54 El nitrgeno gaseoso reacciona con hidrgeno gaseoso para formar amoniaco segn la siguiente reaccin:

Nt# + 3 H ------2NH,(#a SI se dispone de 1,80 moles de H,, cuntos gramos de NH,

se pueden formar? k Cuntos gramos de H, se necesitan para reaccionar con

2.80 gde Nf?c Cuntos gramos de NH, se pueden formar a partir de

12.0 gde555 El amoniaco y el oxigeno reaccionan para formar ntogeno y agua:

4NHJ &>+30,&>------2N,#>+6H,0#>Amoniaco

Cuntos gramos deO,se necesitan paa reaccionar con8.00 moles de NH,?

k Cuntos gramos de N, se pueden formar cuando reaccionan 6.50gde O,?

c Cuntos gramos de agua se forman en la reaccin de34.0 gde NHS?

538 0 xido de hier ro(II 0 reacciona con carbono para dar hiato y nunxido de carbono.

fe + 3C (s)----- - 2 Fe(s)+ 3CO (g)Cuntos gramos deC se necesitan pera reaccionar con

2,50 moles de Fe,Os? kCuntos gramos deCOse producen cuando reaccionan

36.0 gde C?c Cuntos gramos de Fe pueden formaree cuando reaccionan

6.00 gde Fet0 3?557 0 dixido de nitrgeno y el agua reaccionan para formar

ddo nitrico. HNO, y xido de nitrgeno.3NOt (g)+ ----- 2HN0,a7;+ NO (g)

Cuntos gramos de H/D se necesitan para reaccionar con28.0 gde NO,?

k Cuntos gramos de NO se forman a patir de 15,8g de NO,?

c Cuntasgramos deHNO se forman apartir de 8,25g deNO,?

5 S i La cianamida cldca reacciona con agua para formar carbonato cldco y amoniaco:

CaCN,# + 3H,0 ()----- - CaCO, # + 2NH,(g)Cuntos gramos de agua se necesitan parareacdonar con

75.0 gdeCaCN^k Cuntos gramos de NH, se forman a partir de 5,24 g de

CaCN,?c Cuntos gramos de CaCO, se forman si reacdonan 155 g

de agua?

Paso 2 Pbnteonam to

moles de O, moles de NO ^ asa aramos de NOmol-mol molar

Paso E q u iv ak n d a s fa d a ts de ccuva-sin. El factor mol-mol que transforma los moles de 0 2 en moles de NO se deriva de los coeficientes en la ecuacin ajustada.

1 mol de 0 2 = 2 moles de NO 1 mol de NO = 30,0 gde NO2 moles NO 1 mol 0 2

Im o lO , 2 moles NO30,0 gN O 1 mol NO

1 mol NO y 30,0gNO

Paso 4 Resolucin dd problema. En primer lugar, se puede transformar el data 1,50 moles de Or en moles de NO:

2 moles NO1,50 m olestx x ------ = 3,00 moles de NO2 1 moKJj

Ahora, los moles de NO se pueden convertir en gramos de NO empleando la masa molar.

3,00 gN O3,00 moles-NC) x lmol-NO 90,0 gde NO

Estos dos pasos tambin pueden escribirse como una secuencia de factores de conversin que conducen a la masa en g-amos de NO.

2 moles NO 3,00 g NO1.50m oles0; X ------- - = 90,OgdeNO

2 1 mel'Oo 1 moH'lO

Gua para calcular las masas de reactivos y productos en una reaccin qumica

Ltear la masa molar para transformar los gramos conocidos en moles feies necesario).

Escribir un factor mol-mol a partir d los coeficientes en la ecuacin.

Convertir los moles conocidos en los moles de la sustancia que se desea saber, empleando el factor mol-mol.

Convertir los moles buscados de la sustancia en gramos empleando la masa molar.

IAHORA TI

A partir de la ecuacin del ejercicio resuelto 5.13, calcula los gramos de C 02 que se pueden formar cuando reaccionan 25,0 g de 0 r

XXX

Ejercicios y problemas al final del captuloComprender los conceptosanima a los estudiantes a pensar sobre los conceptos aprendidos. Ejercicios y problemas adicionales integran todos los temas estudiados en el captulo para fomentar el avance en el estudio y el pensamiento crtico. Acepta el reto! es un apartado diseado para el trabajo en grupo con aprendizaje cooperativo.

E J E R C I C I O S Y P R O B L E M A S A D I C I O N A L E S5*7 Calcula la masa molar de cada uno de los siguientes compuestos:

a FeSO,. sulfato ferroso, suplemento de hierro kCa(IOj)p yodato cldco. fuente de yodo en la sal de mesa c CjH.NO. Na gkitamato monosdico. potenclador del sabor A CJ*ltOr formlato de tsoamilo. empleado en la fabricacin de

siropes de fruta artificiales S S Calcula la masa molar de cada uno de los siguientes compuestos

*Mg(HCOj)r hidrgeno cabonato de magnesio k Au(OH)r hidrxido de oro(III). usado en los recubrimientos

conotoc C H^O, cido oleteo del aceite de oliva &CnHjO^ prednlsona.antllnflamatorlo

589 Cuntos gram os hay en 0,150 moles de

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MasteringChemistryMasteringChemistry es el primer sistema de tareas online adaptable al aprendizaje.Proporciona problemas del final de captulo (seleccionados del texto), as como ms de den tutoriales con calificacin automtica y con retroalimentacin especfica para la respuesta dada, y preguntas ms sencillas a peticin. Basndose en una amplia investigacin sobre los conceptos que presentan dificultades para los alumnos,MasteringChemistry responde nicamente a las necesidades inmediatas del aprendizaje, optimizando de esta forma el tiempo de estudio. (Vase el encarte sobre MasteringChemistry en la portada del libro.)

SUPLEMENTOS ADICIONALESValiosos complementos para los estudiantes y los profesores

CHEMISTRY PLACEInteractividadChemistry Place para la dcima edicin de Qumica: Una introduccin a la Qumica General, Orgnica y Biolgica (acceso a travs de www.masteringchemistry.com a travs del Study Area).

El Study Area de Chemistry Place ofrece, en un mismo lugar, las mejores herramientas para la enseanza y el aprendizaje. Convenientemente organizadas por tipos, estas fuentes recopiladas ayudan a los estudiantes a reforzar y aplicar lo que han aprendido en clase.

Las herramientas para los estudiantes incluyen:

Estudios de casos que muestran cmo se aplican los conceptos qumicos a situaciones de la vida diaria

Presentaciones completas en PowerPoint con dibujos, fotografas y tablas del texto que ensean los conceptos dave de cada seccin del libro

Preguntas de repaso y pruebas de conocimientos Y mucho ms

Aplicaciones0 sitio web, al igual que el texto, est pensado para los estudiantes. El repaso exhaustivo de los estudios superiores relacionados con el rea de las Ciencias de la Salud y los estudios de casos proporcionan un relevante contexto para el aprendizaje.

xx x ii

PROLOGO La qumica en nuestras vidas

EN ESTA UNIDAD.. .

P.1 La qumicay los productos qum icos

P .2 El m todo cientfico :pensar com o un cientfico

P .3 Un plan de estudio para aprender qumica

^ h e m is t r y ^ c place

Visita www.chemplace.com yencontrars cuestiones adicionales, tutoriales interactivos, informacin profesional, diapositivas en PowerPoint para repasar el captulo, ayuda para resolver las operaciones matemticas y casos prcticos.

La qumica juega un papel esencial en todos los aspectos relacionados con las investigaciones mdicas legales de un fallecimiento, dice Charles L. Ced, antroplogo forense e investigador de medicina legal de la consulta mdica de San Francisco. El anlisis de las gotas de sangre encontradas en la escena de un crimen determina si son humanas o no; el anlisis de muestras toxicolgicas de sangre y lo de otros fluidos corporales ayuda a determinar la causa y el momento de la muerte. Los especialistas en antropologa forense pueden analizar las cantidades de trazas de diferentes elementos en los huesos para identificar el nmero de individuos sepultados en un osario. Estas circunstancias se producen a menudo durante las investigaciones de las violaciones masivas de los derechos humanos, como ocurri por ejemplo en un lugar llamado El Mozote, en El Salvador.

Los antroplogos forenses ayudan a la polica a identificar restos de huesos humanos determinando el sexo, la edad aproximada, la estatura y la causa de la muerte. El anlisis de los huesos tambin proporciona informacin sobre enfermedades o traumas que haya podido sufrir una persona.

2 PRLOGO LA QUMICA EN NUESTRAS VIDAS

Qu preguntas sobre la ciencia han despertado nuestra curiosidad? Quizs estemos interesados en saber cmo se forma la niebla; cmo funciona el fenmeno de la desaparicin del ozono; cmo se oxidanlos clavos, o cmo el cido acetilsaliclico alivia el dolor de cabeza. De la

misma forma, los cientficos sienten curiosidad por el mundo en que vivimos.

Cmo se forma a partir del humo que sale de los tubos de escape de los coches el sm og (un tipo de niebla) que cubre nuestras ciudades? Uno de los componentes del humo que suelta el tubo de escape de un coche es el xido de nitrgeno (NO) formado en el motor del coche, donde las elevadas temperaturas transforman el nitrgeno gas (N2) y el oxgeno gas (0 2) en NO.En Qumica, estas reacciones se escriben en forma de ecuaciones como

N2(g) + 0 2(g ) 2NO(g). La reaccin del NO con el oxgeno del aire formaN 0 2, que proporciona el caracterstico color marrn rojizo al esmog. Por qu ha disminuido la capa de ozono en ciertas zonas de la

atmsfera? En los aos 70, los cientficos asociaron los compuestos llamados clorofluorocarbonos (CFC) con el agujero en la capa de ozono sobre la Antrtida. Al romperse los CFC por la luz ultravioleta (UV), se libera cloro (Cl), que origina la ruptura de las molculas de ozono ( 0 3) y destruye la capa de ozono:

Cl + o3* CIO + o2. Por qu se oxida un clavo de hierro cuando se expone al aire y la

lluvia? Cuando el hierro (Fe) de un clavo reacciona con el oxgeno ( 0 2) del aire, la oxidacin del hierro forma xido de hierro (Fe20 3):

4Fe(s) + 3 0 2(g) * 2Fe20 3(s). Por qu el cido acetilsaliclico alivia el dolor de cabeza? Cuando se produce

una herida en una parte del cuerpo, se producen unas sustancias llamadas prostaglandinas, que ocasionan inflamacin y dolor. El cido acetilsaliclico acta bloqueando la produccin de prostaglandinas, reduciendo, por tanto,la inflamacin, el dolor y la fiebre.

Algunos cientficos disean nuevos combustibles y formas ms eficientes de usarlos. Los investigadores en el campo de la medicina buscan evidencias que les ayuden a entender y disear nuevos tratamientos para la diabetes, los defectos genticos, el cncer, el SIDA y el envejecimiento. Para el qumico de laboratorio, el enfermero de la unidad de dilisis o el cientfico especializado en agroqumica, la Qumica juega un papel protagonista para entender los problemas, proporcionar soluciones y tomar decisiones importantes.

E L O B JE T IV O E S . . .

definir el trmino qumica e identificar las sustancias como productos qumicos.

P. 1 LA QUMICA Y LOS PRODUCTOS QUMICOS

La Qumica es el estudio de la composicin, la estructura, las propiedades y las reacciones de la materia. Materia es una palabra que se usa para designar a todas las sustancias que forman nuestro mundo. Mucha gente piensa que la qumica la hacen slo los qumicos que llevan bata y gafas de seguridad en los laboratorios. En realidad, la qumica tiene lugar en nuestro entorno cotidiano y tiene un gran impacto sobre todas las cosas que usamos y hacemos. Hacemos qumica cuando guisamos nuestros alimento