Resumen de hechosy conceptos

Palabras clave

PREGUNTAS Y PROBLEMAS 29

1. El estudio de  la química  involucra tres etapas  fundamentales; observación, representación e

interpretación. La primera se refiere a las mediciones del mundo macroscópico; la represen¬tación implica el uso de símbolos y ecuaciones que  facilitan la comunicación; la  interpreta¬ción está basada en átomos y moléculas, que pertenecen al mundo microscópico.

2. El método científico es un procedimiento sistemático en  la investigación; se inicia al reunir lainformación por medio de observaciones y mediciones. En el proceso se diseñan y comprue¬ban hipótesis,  leyes y  teorías.

3, Los químicos estudian la materia y los cambios que ésta experimenta. Las sustancias quecomponen la materia tienen propiedades físicas únicas que se pueden observar sin que cam¬bie su identidad; también tienen propiedades químicas únicas que, cuando son demostradas,cambian  la identidad de las sustancias. Las mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas, se

pueden separar en sus componentes puros por medios  físicos.4. Los elementos son las sustancias químicas más sencillas. Los compuestos se forman por  la

combinación química de átomos de diferentes elementos en proporciones definidas.5. En principio, todas las sustancias pueden existir en tres estados; sólido, líquido y gaseoso. La

conversión entre estos estados puede realizarse cambiando  la temperatura.6. Las unidades SI se utilizan para expresar cantidades físicas en  todas las ciencias,  incluyendo

la química.7. Los números que se expresan en notación científica tienen  la forma N X 10", donde N es un

número entre 1 y 10, y « es un número entero positivo o negativo. Esta expresión  facilita el

manejo de cantidades muy pequeñas o muy grandes.

Cifras significativas, p. 21Compuesto, p. 9Cualitativo, p. 6

Cuantitativo, p. 6

Densidad, p. 13

Elemento, p. 9

Exactitud, p. 24

Hipótesis, p. 7

Kelvin, p. 17

Ley, p. 7Litro, p. 15

Masa, p. 13

Materia, p. 8Método científico, p. 6Mezcla heterogénea,

p. 8

Mezcla, p. 8Peso, p. 14

Precisión, p. 24

Propiedad extensiva, p. 13

Propiedad física, p. 11

Propiedad intensiva, p. 13

Propiedad macroscópica,p. 13

Propiedad microscópica, p. 13Propiedad química, p. 11

Química, p. 2Sistema Internacional de

Unidades (SI), p. 14

Sustancia, p. 8Teoría, p. 7Volumen, p. 13

Preguntasy problemas

El método  científico

Preguntas de repaso

1.1 Explique qué significa el método científico.1.2 ¿Cuál es la diferencia entre datos cualitativos y cuantitati¬

vos?

Problemas

1.3 Clasifique los siguientes enunciados como cualitativos o

cuantitativos y dé sus  razones, a) El Sol está a aproximada¬mente 93 millones de millas de la Tierra, b) Leonardo daVinci fue mejor pintor que Miguel Ángel, c) El hielo es me¬

nos denso que el agua, d) La mantequilla sabe mejor que  la

margarina, e) Un remedio a tiempo ahorra nueve.1.4 Clasifique cada uno de los siguientes enunciados como hi¬

pótesis, ley o teoria; a) La contribución de Beethoven a lamúsica hubiera sido mucho mayor si se hubiera casado, b)

Una hoja de otoño cae hacia el suelo porque hay una fuerzade atracción entre ella y la Tierra, c) Toda la materia está

compuesta de partículas muy pequeñas llamadas átomos.

Clasificación y propiedades  de la materia

Preguntas de repaso

1.5 Dé un ejemplo para cada uno de  los siguientes  términos: a)materia, b) sustancia, c) mezcla.

1.6 Dé un ejemplo de mezcla homogénea y otro de mezcla hete¬rogénea.

1.7 Explique con ejemplos  la diferencia entre una propiedad fí¬sica y una química.

1.8 ¿Cuál es la diferencia entre propiedad intensiva y extensi¬va? ¿Cuáles de las siguientes propiedades son intensivas ycuales extensivas? a) longitud, h) volumen, c) temperatura,d) masa.

30 QUIMICA: EL ESTUDIO DE LOS CAMBIOS

1.9 Dé un ejemplo de un elemento y otro de un compuesto. ¿Cuáles la diferencia entre elemento y compuesto?

1.10 ¿Cuántos elementos químicos se conocen?

Problemas

1.11 Diga si las siguientes aseveraciones describen propiedadesfísicas o químicas: a) El oxígeno gaseoso mantiene la com¬bustión. b) Los fertilizantes ayudan a aumentar la produc¬ción agrícola, c) El agua hierve a menos de 100°C en la cimade una montaña, d) El plomo es más denso que el aluminio.

e) El azúcar tiene sabor dulce.1.12 Diga si a continuación se describe un cambio físico o uno

químico: a) El helio gaseoso contenido en un globo tiende a

escapar después de unas cuantas horas, b) Un rayo de luz seatentía poco a poco y finalmente se apaga, c) El jugo de na¬

ranja congelado se reconstituye añadiéndole agua, d) El cre¬cimiento de las plantas depende de la energía solar en un

proceso denominado fotosíntesis, e) Una cucharadita de salde mesa se disuelve en un  tazón de sopa.

1.13 Dé los nombres de los elementos representados por los sím¬

bolos Li, F, P, Cu, As, Zn, Cl, Pt, Mg, U, Al, Si, Ne. (Véasetabla 1.1 y  la cubierta interior de la por-tada.)

1.14 Dé los símbolos químicos para los siguientes elementos:

a) potasio, b) estaño, c) cromo, d) boro, e) bario,/) plutonio,g) azufre, h) argón,  i) mercurio.  (Véase tabla 1.1 y la cubier¬ta interior de  la portada.)

1.15 Clasifique cada una de las siguientes sustancias como unelemento o un compuesto: a) hidrógeno, b) agua, c) oro, d)azúcar.

1.16 Clasifique cada uno de los siguientes como un elemento, un

compuesto, una mezcla homogénea o una heterogénea:a) agua de mar, b) helio gaseoso, c) cloruro de sodio (sal de

mesa), d) bebida gaseosa, e) leche malteada, /) aire, g) con¬creto.

Mediciones

Preguntas de  repaso1.17 Diga cuáles son las unidades SI fundamentales  importantes

en la química. Indique las unidades SI para expresar lo si¬guiente: a) longitud, b) volumen, c) masa, d) tiempo, e) ener¬

gía,/)  temperatura.1.18 Escriba los números representados por los siguientes

prefijos: a) mega-, b) kilo-, c) deci-, d) centi-, e) mili-,/)  micro-, g) nano-, h) pico-.

1.19 ¿Qué unidades utilizan comúnmente los químicos para ladensidad de los  líquidos y sólidos? ¿Para la densidad de los

gases? Explique  las diferencias,1.20 Describa las tres escalas de  temperatura utilizadas en el  la¬

boratorio y en la vida diaria; escala Fahrenheit, escala Celsius

y escala Kelvin.

Problemas

1.21 El bromo es un líquido café rojizo. Calcule su densidad  (eng/mL) si 586 g de la sustancia ocupan 188 mL.

1.22 El mercurio es el único metal líquido a  la temperatura am¬biente. Su densidad es de 13.6 g/mL. Cuántos gramos demercurio ocuparán un volumen de 95.8 mL?

1.23 Convierta las siguientes temperaturas a grados Celsius:

a) 95°F, la temperatura en un día caluroso de verano;

b) 12°F, la temperatura en un día fno de invierno; c) unafiebre de 102°F; d) un horno que opera a 1 852°F.

1.24 a) Normalmente el cuerpo humano puede soportar una tem¬

peratura de 105°F por cortos periodos sin sufrir daños per¬manentes en el cerebro y otros órganos vitales. ¿Cuál es esta

temperatura en grados Celsius? b) El etilénglicol es un com¬

puesto orgánico líquido que se utiliza como anticongelanteen los radiadores de automóviles. Se congela a -11.5°C.Calcule su temperatura de congelación en grados Fahrenheit.

c) La temperatura de la superficie del Sol es de alrededor de6 300°C, ¿cuál es  la temperatura en grados Fahrenheit?

1.25 Convierta las siguientes temperaturas a kelvin: a) 113°C, el

punto de fusión del azufre, b) 37°C, la temperatura corporalnormal, c) 357°C, el punto de ebullición del mercurio.

1.26 Convierta las siguientes temperaturas a grados Celsius: a) 77

K, el punto de ebullición del nitrógeno líquido, b) 4.2 K, el

punto de ebullición del helio  líquido, c) 601 K, el punto defusión del plomo.

Manejo de  los números

Preguntas de repaso1.27 ¿Qué ventaja tiene utilizar la notación científica en lugar de

la decimal?1.28 Defina el término cifra significativa.  Indique la importancia

de utilizar el número apropiado de cifras significativas enlas mediciones y  los cálculos.

Problemas

1.29 Exprese las siguientes cantidades en notación científica:

a) 0.000000027, b) 356, c) 47 764, d) 0.096.1.30 Exprese los siguientes números en forma de decimales: a)

1.52 X 10"', fc)7.78 X lO-l1.31 Exprese las respuestas para las siguientes operaciones en

notación científica:a) 145.75 -f (2.3 X 10"')b) 79 500 + (2.5 X 10�)c) (7.0 X IQ-�) - (8.0 X IQ-")¿O (1.0 X 10") X (9.9 X 10')

1.32 Exprese  las  respuestas para los siguientes cálculos en nota¬ción científica:a) 0.0095 -f (8.5 X 10 ')b) 653 (5.75 X 10"'*)c) 850 000 - (9.0 X 10')d) (3.6 X IQ-") X (3.6 X 10")

1.33 ¿Cuál es el número de cifras significativas en cada una delas siguientes cantidades medidas?:

a) 4 867 mi

b) 56 mL

c) 60 104  ton

O 2 900 ge) 40.2 g/cm'f ) 0.0000003 cmg) 0.7 min

h) 4.6 X 10"  átomos1.34 ¿Cuántas cifras significativas hay en cada uno de los siguien¬

tes números? á) 0.006 L, b) 0.0605 dm, c) 60.5 mg, d) 605.5

cm� e) 960 X 10"� g,/)  6 kg, g) 60 m.1.35 Efectúe las siguientes operaciones como si fueran cálculos

de resultados experimentales y exprese cada respuesta en

las unidades correctas y con el número correcto de cifras

significativas.a) 5.6792 m + 0.6 m + 4.33 m

b) 3.70 g - 2.9133 g

c) 4.51 cm X 3.6666 cm1.36 Efectúe las siguientes operaciones como si fueran cálculos

de resultados experimentales, y exprese cada respuesta enlas unidades correctas y con el número correcto de cifras

significativas.a) 7.310 km � 5.70 kmh) (3.26 X 10'' mg) 

- (7.88 X 10"' mg)

c) (4.02 X 10" dm) + (7.74 X 10� dm)

El método  del  factor unitario

Problemas

1.37 Efectúe las siguientes conversiones: a) 22.6 m a decímetros,

b) 25.4 mg a kilogramos.1.38 Efectúe las siguientes conversiones: a) 242 Ib a miligramos,

b) 68.3 cm� a metros cúbicos.1.39 El precio del oro el 15 de abril del 2000 fue de 282 dóla¬

res por onza. ¿Cuánto costó 1.00 g de oro ese día? (1 onza =28.4 g.)

1.40 ¿Cuántos segundos hay en un año solar (365.24 días)?1.41 ¿Cuántos minutos tarda la luz solar en llegar a la Tierra? (La

distancia del Sol a la Tierra es de 93 millones de millas; lavelocidad de  la luz es = 3.00 X 10* m/s.)

1.42 Un corredor a trote recorre una milla en 13 min. Calculela velocidad en a) pulgadas/s, b) m/min, c) km/h. (1 mi =1 609 m; 1 pulgada = 2.54 cm.)

1.43 Una persona que mide 6.0 pies pesa 168 Ib. Exprese la alturade esta persona en metros y el peso en kilogramos. (1 Ib =453.6 g; 1 m = 3.28 pies.)

1.44 La velocidad  límite en algunos estados de  los Estados Uni¬dos es de 55 millas por hora. ¿Cuál es la velocidad límite enkilómetros por hora?  (1 mi = 1 609 m).

1.45 Para que un jet despegue de  la plataforma de un portaavio¬nes, debe alcanzar una velocidad de 62 m/s. Calcule la velo¬cidad en millas por hora (mph).

1.46 El contenido "normal" de plomo en la sangre humanaes de aproximadamente 0.40 partes por millón (es decir, 0.40

g de plomo por millón de gramos de sangre). Un valor de0.80 partes por millón (ppm) se considera peligroso. ¿Cuán¬tos g de plomo están contenidos en 6.0 X 10' g de sangre (lacantidad en un adulto promedio) si el contenido de plomo esde 0.62 ppm?

1.47 Efectúe las siguientes conversiones: a) 1.42 años luz a mi¬

llas  (un año luz es una medida astronómica de distancia, esla distancia que recorre  la luz en un año o 365 días,  la velo¬cidad de la luz es 3.00 X 10'm/s). b) 32.4 yardas a centíme¬

tros, c) 3.0 X 10'" cm/s a pies/s.1.48 Efectúe las siguientes conversiones: a) 47.4°F a grados

Celsius, b) -273.15°C (en teoría, la temperatura más bajaposible) a grados Fahrenheit, c) 71.2 cm' a m', d) 7.2 m� alitros,

1.49 El aluminio es un metal  ligero  (densidad = 2.70 g/cm') quese utiliza en la construcción de aviones, líneas de transmi¬sión de alto voltaje, latas para bebidas y papel aluminio. ¿Cuáles su densidad en kg/m'?

PREGUNTAS Y PROBLEMAS 31

1.50 Bajo ciertas condiciones,  la densidad del amoniaco gaseosoes de 0.625 g/L. Calcular su densidad en g/cm'.

Problemas adicionales

1.51 Dé un enunciado cualitativo y otro cuantitativo para cadauna de las sustancias de la siguiente lista: a) agua, h) carbo¬

no, c) hierro, d) hidrógeno gaseoso, e) sacarosa (azúcar de

caña),/) sal de mesa (cloruro de sodio), g) mercurio, h) oro,í) aire,

1.52 ¿Cuáles de los siguientes enunciados describen propiedadesfísicas y cuáles propiedades químicas? a) El hierro tiende aoxidarse, b) El agua de lluvia en  las  regiones industrializa¬das tiende a ser ácida. c) Las moléculas de hemoglobina tie¬nen color rojo, d) Cuando un vaso de agua se deja al sol,gradualmente desaparece el agua, e) Durante  la fotosíntesislas plantas convierten el dióxido de carbono del aire en mo¬léculas más complejas.

1.53 En el año 2000, se produjeron 95.4 miles de millones delibras de ácido sulfúrico en Estados Unidos. Convierta estacantidad a toneladas.

1.54 Para  la determinación de la densidad de una barra metálica

rectangular, un estudiante hizo las siguientes mediciones:

longitud, 8.53 cm; ancho, 2.4 cm; altura, 1.0 cm; masa,52.7064 g. Calcule la densidad del metal con el número co¬rrecto de cifras significativas.

1.55 Calcule la masa de: a) una esfera de oro de lO.O cm de radio[el volumen de una esfera de radio r es V = (4/3);ir'; la den¬sidad del oro es de 19.3 g/cm'], b) un cubo de platino de 0.040mm de lado (la densidad del platino es de 21.4 g/cm'), c) 50.0mL de etanol  (la densidad del etanol es de 0.798 g/mL).

1.56 Un tubo cilindrico de vidrio de 12.7 cm de largo se llena conmercurio. La masa del mercurio necesaria para llenar el tuboes de 105.5 g. Calcule el diámetro interno del tubo.  (La den¬sidad del mercurio es de 13.6 g/mL.)

1.57 Se empleó el siguiente procedimiento para determinar elvolumen de un matraz. El matraz seco se pesó y después sellenó con agua. Las masas del matraz vacío y lleno fueron56.12 g y 87.39 g,  respectivamente, y la densidad del aguaes 0.9976 g/cm', calcule el volumen del matraz en cm'.

1.58 La velocidad del sonido en el aire a la temperatura ambientees de aproximadamente 343 m/s. Calcule esta velocidad enmillas por hora. (1 mi = 1 609 m.)

1.59 Un  trozo de plata  (Ag) metálica que pesa 194.3 g se colocaen una probeta que contiene 242.0 mL de agua. La  lecturaen  la probeta es ahora de 260.5 mL. Calcule la densidad dela plata con estos datos,

1.60 El experimento descrito en el problema 1.59 es una forma

poco exacta pero conveniente para la determinación de ladensidad de algunos sólidos. Describa un experimento simi¬lar que permita medir la densidad del hielo. Específicamen¬te, ¿qué requisitos debe satisfacer el  líquido usado en el ex¬perimento?

1.61 Una esfera de plomo tiene una masa de 1.20 X lO"* g y suvolumen es de 1.05 X 10'cm'. Calcule la densidad del plomo.

1.62 El litio es el metal menos denso conocido (densidad: 0.53 g/cm'). ¿Cuál es el volumen que ocupan 1.20 X 10' g de litio?

1.63 Los  termómetros clínicos que comúnmente se utilizan en el

hogar pueden  leer ± 0.1 °F, mientras que los del consultorio

32 QUÍMICA: EL ESTUDIO DE LOS CAMBIOS

médico pueden  tener una exactitud de + 0.1 °C. Exprese engrados Celsius el porcentaje de error esperado, cuando semide la temperatura corporal de una persona (38,9°C) concada uno de ellos.

1.64 La vainillina  (utilizada para dar sabor a  los helados y otros

alimentos) es una sustancia cuyo aroma lo detecta el ser hu¬mano en cantidades muy pequeñas. El límite umbral es de2.0 X 10 

" g por litro de aire. Si el precio actual de 50 g

de vainillina es de 112 dólares, determine el costo para queel aroma de la vainillina pueda detectarse en un hangar paraaeronaves cuyo volumen es de 5.0 X 10' piesl

masa en gramos, b) ¿Una onza troy es más pesada o más

ligera que una onza?  (1 Ib = 16 oz; 1 Ib = 453.6 g.)1.74 El osmio (Os) es el elemento más denso que se conoce (den¬

sidad = 22.57 g/cm'). Calcule la masa en libras y en kilogra¬mos de una esfera de Os de 15 cm de diámetro (aproximada¬mente el tamaño de una uva). Vea el problema 1.55 para elvolumen de una esfera.

1.75 El porcentaje de error se expresa a menudo como el valorabsoluto de la diferencia entre el valor verdadero y el expe¬rimental, dividido entre el valor verdadero:

1.65 ¿A qué temperatura la lectura numérica en un termómetroCelsius es igual a la marcada en un termómetro Fahrenheit? porcenta je  de error =

Ivalor verdadero  - valor  experimental!

Ivalor verdaderolX 100%

1.66 Suponga que se ha inventado una nueva escala de  tempera¬tura en la que el punto de fusión (-117.3°C) y el punto deebullición (78.3°C) del etanol se toman como 0°S y 100°S,respectivamente; donde S es el símbolo para la nueva escalade temperatura. Derive una ecuación que relacione una lec¬tura en esta escala con una lectura en la escala Celsius. ¿Quélectura daría este termómetro a 25°C?

1.67 Un adulto en  reposo necesita aproximadamente 240 mL de

oxígeno puro/min y tiene una frecuencia respiratoria de 12veces por minuto. Si el aire  inhalado contiene 20% de oxí¬

geno en volumen y el aire exhalado 16%, ¿cuál es el volu¬men de aire por  respiración? (Suponga que el volumen deaire  inhalado es  igual al del aire exhalado.)

1.68 a) Con referencia al problema 1.67, calcule el volumen total

(en  litros) del aire que  respira por día un adulto, h) En unaciudad con  tráfico pesado, el aire contiene 2.1 X 10� L demonóxido de carbono (un gas venenoso) por htro. Calculela ingestión diaria promedio (en litros) de monóxido de car¬bono de una persona.

1.69 El volumen total del agua de mar es 1.5 X 10�' L. Supongaque esta agua contiene 3.1 por ciento en masa de cloruro desodio y su densidad es de 1.03 g/mL. Calcule  la masa totalde cloruro de sodio en kilogramos y en toneladas (1 ton =2 0001b; 1 Ib = 453.6 g.)

1.70 El magnesio (Mg) es un metal valioso que se utiliza en alea¬

ciones, en baterías y en la fabricación de reactivos quími¬cos. Se obtiene principalmente del agua de mar, que contie¬ne 1.3 g de Mg por kilogramo de agua de mar. Con referenciaal problema 1.69, calcule el volumen de agua de mar (enlitros) necesario para extraer 8.0 X 10'' ton de Mg, que es laproducción anual del metal en Estados Unidos.

1.71 A una estudiante se le da un crisol y se le pide demostrar siestá hecho de platino puro. La estudiante primero pesa elcrisol en aire y  luego  lo pesa suspendido en agua (densidaddel agua 0.9986 g/mL). Las lecturas de las pesadas son 860.2

g y 820.2 g, respectivamente. Con base en estas mediciones,y dado que la densidad del platino es de 21.45 g/cm�, ¿a quéconclusión  llegaría? (Sugerencia: Un objeto suspendido enun  fluido se mantiene a flote por la masa del  fluido despla¬zada por el objeto. Desprecie la presión de flotación del aire.)

1.72 El área de la superficie y la profundidad promedio del océa¬no Pacífico son de 1.8 X 10® km� y 3.9 X 10' m, respectiva¬mente. Calcule el volumen de agua (en litros) del océano.

1.73 La unidad "onza troy" se usa a menudo para metales precio¬sos como el oro (Au) y el platino  (Pt).  (1 onza troy = 31.103

g.) a) Una moneda de oro pesa 2.41 onzas troy. Calcule su

Las líneas verticales  indican valor absoluto. Calcule el por¬centaje de error para las siguientes mediciones: a) La densi¬dad del alcohol (etanol) encontrada es de 0.802 g/mL. (Va¬lor real; 0.798 g/mL.) b) La masa de oro de un arete  fue de0.837 g. (Valor real: 0.864 g.)

1.76 La abundancia de los elementos naturales en el cuerpo hu¬

mano, expresada como porcentaje en masa, es; oxígeno (O),65%; carbono (C), 18%; hidrógeno (H), 10%; nitrógeno (N),3%; calcio (Ca), 1.6%;  fósforo (P), 1.2%;  los otros elemen¬tos constituyen el 1.2%. Calcule la masa en gramos de cadaelemento en el cuerpo de una persona de 62 kg.

1.77 El  récord mundial  (de 1997) en  la carrera de una milla parahombres es de 3 min 44.39 s. Aesta velocidad, ¿cuánto toma¬ría recorrer una pista de 1 500 m?  (1 mi = 1 609 m.)

1.78 Venus, el segundo planeta más cercano al Sol, tiene una tem¬

peratura en su superficie de 7.3 X 10� K. Convierta esta tem¬

peratura a °C y °F.1.79 La calcopirita, el principal mineral de cobre (Cu), contiene

34.63 por ciento de Cu en masa. ¿Cuántos gramos de Cu

pueden obtenerse a partir de 5,11 X 10' kg del mineral?

1.80 Se ha estimado que la explotación del oro (Au) asciende a8.0 X lO"* toneladas. Suponga un costo para el oro de 350dólares por onza. ¿Cuál es el valor total de esta cantidad deoro?

1.81 Un volumen de 1.0 mL de agua de mar contiene aproxima¬damente 4.0 X 10g de oro. El volumen total del agua delocéano es de 1.5 X 10�' L. Calcule  la cantidad  total de oro(en gramos) que hay en el agua de mar, así como el valor deloro en dólares (véase el problema 1.80). ¿Con tanto oro quehay en el océano, por qué nadie se ha hecho rico explotán¬dolo de ahí?

1.82 Las mediciones muestran que 1.0 g de hierro  (Fe) contiene1.1 X 10�� átomos de Fe. ¿Cuántos átomos de Fe hay en 4.9

g de Fe y cuál es  la cantidad total de hierro en el cuerpo deun adulto promedio?

1.83 La capa extema más delgada de la Tierra, denominada cor¬

teza, contiene sólo 0.50% de la masa total de la Tierra y aunasí es la fuente de casi todos los elementos (la atmósfera

proporciona elementos como oxígeno, nitrógeno y algunosotros gases). El silicio (Si) es el segundo elemento más abun¬dante de la corteza terrestre (27.2% en masa). Calcule la masade silicio en kilogramos en la corteza terrestre. (La masa dela Tierra es de 5.9 X 10�'  toneladas. 1 ton = 2 000 Ib; 1 Ib =453.6 g.)

1.84 El diámetro de un átomo de cobre (Cu) es aproximadamente1.3 X 10"'� m. ¿Cuántas veces se puede dividir una pieza deIO cm de alambre de cobre hasta que se reduzca a dos átomosde cobre? (Suponga que existen herramientas apropiadas paraeste procedimiento y que  los átomos de cobre están en con¬tacto entre sí formando una hilera en línea recta. Redondee larespuesta a un entero.)

1.85 Un galón de gasolina en un motor de automóvil produce en

promedio 9.5 kg de dióxido de carbono, que es un gas de

invernadero, es decir, promueve el calentamiento de la at¬mósfera  terrestre. Calcule la producción anual de este gas,en kilogramos, si existen 40 millones de automóviles en Es¬tados Unidos, y cada uno cubre una distancia de 5 000 micon una velocidad de consumo de 20 millas por galón.

1.86 Una hoja de papel aluminio (Al) tiene un área total de 1.000pies� y una masa de 3.636 g. ¿Cuál es el grosor del papel enmilímetros?  (Densidad del Al = 2.699 g/cm�.)

1.87 Analice si cada una de las siguientes mezclas es homogéneao heterogénea: a) aire en una botella cerrada; b) aire en laciudad de Nueva York.

1.88 El cloro se utiliza para desinfectar albercas. La concentra¬ción aceptada para este fin es de 1 ppm de cloro, o 1 g decloro por millón de gramos de agua. Calcule el volumen  (enmililitros) de una solución de cloro que deberá añadir la pro¬pietaria de una alberca si la solución contiene 6.0% de cloroen masa y la alberca tiene 2.0 X lO'' galones de agua  (1 ga¬lón = 3.79 L; densidad de los  líquidos = 1.0 g/mL.)

1.89 La reserva mundial total de petróleo se ha estimado en 2.0 X10�� J (el joule es la unidad de energía, 1 J = 1 kg m"/s�). Alaactual velocidad de consumo, 1.8 X 10'" J/año, ¿cuánto tiem¬

po tomaría agotar la reserva?1.90 Para conservar el agua, los químicos aplican una delgada

película de un cierto material inerte sobre la superficie del

agua para disminuir su velocidad de evaporación. Esta téc¬nica fue introducida hace tres siglos por Benjamín Franklin,quien encontró que 0.10 mL de aceite podría extenderse cu¬briendo una superficie de 40 m� de agua. Suponiendo que elaceite forma una monocapa, es decir, una capa cuyo grosores de una molécula, determine la longitud en nanómetros decada molécula de aceite. (1 nm =1 X 10 

' m.)

1.91 La  fluoración es el proceso de agregar compuestos de  fliíoral agua potable para ayudar a combatir la caries dental. Unaconcentración de 1 ppm de flúor es suficiente para este  fin.

(1 ppm significa una parte por millón, o 1 g de  flúor por unmillón de gramos de agua.) El compuesto normalmente se¬leccionado para este fin es el fluoruro de sodio, que tambiénse le añade a algunos dentífricos. Calcule la cantidad defluoruro de sodio, en kilogramos, que se necesita anualmen¬te para una ciudad de 50 000 personas si el consumo diariode agua por persona es de 150 galones. ¿Qué porcentaje defluoruro de sodio se "desperdicia" si cada persona sólo utili¬za 6.0 L de agua por día para beber y cocinar? (El  fluorurode sodio contiene 45.0% de flúor en masa. 1 galón = 3.79 L;1 año = 365 días; 1 ton = 2 000  Ib; 1 Ib = 453.6 g; densidaddel agua = 1.0 g/mL.)

1.92 Una compañía de gas de Massachusetts cobra 1.30 dólares

por 15.0 pies' de gas natural, a) Convierta esta relación adólares por litro de gas. b) Al hervir un litro de agua se con¬sumen 0.304 pies' de gas empezando a  la temperatura am¬

PREGUNTAS Y PROBLEMAS 33

biente (25°C). ¿Cuánto costaría calentar un recipiente con2.1 L de agua?

1.93 Las  feromonas son compuestos secretados por  las hembrasde muchas especies de insectos para atraer a los machos.

Típicamente, 1.0 X 10 ® g de una feromona es suficiente

para  llegar a todos los insectos macho blanco dentro de unradio de 0.50 mi. Calcule la densidad de la feromona (engramos por litro) en un espacio cilindrico de aire con unradio de 0.50 mi y una altura de 40 ft.

1.94 Los dinosaurios dominaron la vida  terrestre durante millo¬nes de años y después desaparecieron repentinamente. En la

etapa de recolección de datos, los paleontólogos estudiaronlos fósiles y los esqueletos que encontraron en las rocas envarias capas de  la corteza terrestre. Sus descubrimientos  les

permitieron elaborar un mapa con las diferentes especies queexistieron en la Tierra durante periodos geológicos específi¬cos. También mostraron que no se encontraron esqueletosde dinosaurios en rocas que se formaron Inmediatamente

después del periodo Cretácico, que data de hace 65 millonesde años. Por esta razón, supusieron que los dinosaurios se

extinguieron hace 65 millones de años.Entre las muchas hipótesis que explican su desapari¬

ción está la que habla de la interrupción de la cadena ali¬menticia y el cambio drástico del clima, como consecuenciade las violentas erupciones volcánicas. Sin embargo, no ha¬bía evidencias convincentes para ninguna hipótesis, hasta1977. Fue entonces cuando un grupo de paleontólogos queestaba trabajando en  Italia encontró algunas piezas del rom¬

pecabezas en un lugar cercano a Gubbio. Los análisis quí¬micos de una capa de arcilla que se depositó sobre  los sedi¬mentos  formados durante el periodo Cretácico (y, por tantoes una capa que registra los acontecimientos que ocurrieron

después del periodo Cretácico) mostraron un contenido muyalto del elemento iridio. El iridio es un elemento muy raroen la corteza terrestre, pero es abundante en los asteroides.

Esta investigación condujo a  la hipótesis de que la ex¬tinción de los dinosaurios ocurrió como se refiere a conti¬nuación. Para explicar la cantidad de iridio que se encontró,los científicos sugirieron que un enorme asteroide de variasmillas de diámetro chocó contra la Tierra, momento de ladesaparición de los dinosaurios. El impacto del asteroidesobre la superficie de la Tierra debe haber sido tan fuerte

que, literalmente, causó la evaporación de una gran cantidadde rocas, sólidos y otros objetos que se encontraban en losalrededores. El polvo y los escombros que se formaron  flo¬taron en el aire e impidieron el paso de la luz solar durantemeses o años. Sin la luz solar suficiente, la mayoría de las

plantas no pudo crecer y terminó por morir. Como conse¬

cuencia, perecieron muchos animales herbívoros y, finalmen¬

te, los animales carnívoros empezaron a pasar hambre. Lalimitación en las fuentes de alimentación afectó de maneramás severa y rápidamente a los animales grandes que a los

pequeños, por su necesidad de mayor cantidad de alimento.Por consiguiente, los grandes dinosaurios desaparecieron porla falta de alimentos, a) ¿Cómo se  ilustra el método científi¬co con el estudio de la extinción de los dinosaurios? b) Su¬giera dos formas que permitan demostrar esta hipótesis.c) En la opinión del  lector, ¿se justifica hacer referencia a la

explicación del asteroide como una teoría para  la extinción

QUIMICA: EL ESTUDIO DE LOS CAMBIOS

de los dinosaurios? d) La evidencia disponible sugiere queaproximadamente 20 por ciento de  la masa del asteroide sehizo polvo y se dispersó de manera uniforme en la Tierra

para después depositarse en la atmósfera. Este polvo consti¬

tuye alrededor de 0.02 g/cm� de la superficie de la Tierra. Elasteroide probablemente tenía una densidad de unos 2 g/cm�.Calcule la masa (en kilogramos y toneladas) y el radio (enmetros) del asteroide, suponiendo que tuviera forma esféri¬ca. (El área de la Tierra es 5.1 X 10" m�; 1 Ib = 453.6 g.)

(Fuente: Consider a Spherical Cow—A Course in Environ¬mental Problem Solving, J. Harte, University Science Books,Mill Valley, CA, 1988. Con autorización.)

Respuestas a los ejercicios

1.1 96.5 g. 1.2 341 g. 1.3 a) 621.5°F, b) 78.3°C, c) -196°C.

1.4 a) Dos, b) cuatro, c) tres, d) dos, e) tres o dos. 1.5 a) 26.76 L,b) 4.4 g, c) 1.6 X 10' dm, d) 0.0756 g/mL, e) 6.69 X 10" m.

1.6 2.36 lb. 1.7 1.08 X 10' ml 1.8 0.534 gW.

CAPITULO 2

Átomos,moléculas y iones

ikistración niueítfd a Mane y Pierre Cune Uabajando en su

laboratorio Los Curie esludiaron e  identificaron mucho;elementos radiactivor,.

IntroducciónDesde épocas remotas, los humanos se han interesado por la naturaleza de la

materia. Las ideas modernas sobre la estructura de la materia se basan en la

teoría atómica de Dalton, de principios del siglo xix. En la actualidad se sabe

que toda la materia está formada por átomos, moléculas y iones. La química

siempre se relaciona, de una u otra forma, con estas especies.

2.1 La teoría atómica

2.2 La estructura del átomo

2.3 Número atómico, número

de masa e isótopos

2.4 La tabla periódica

2.5 Moléculas y iones

2.6 Fórmulas quimicas

2.7 Nomenclatura de los

compuestos

35