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FISICOQUIMICA

de Raymond Chang
  • Autor: Raymond Chang
  • N° de páginas: 1018
  • Formato: Libro
  • isbn: 9789701066522
  • Idioma: español
  • visitas: 0
Prefacio xvii CAPTULO 1 Introducci³n 1 1.1 Naturaleza de la fisicoqu­mica 1 1.2 Unidades 3 • Fuerza 4 • Presi³n 4 • Energ­a 6 1.3 Masa at³mica, masa molecular y mol qu­mica 6 CAPTULO 2 Las leyes de los gases 9 2.1 Algunas definiciones b¡sicas 9 2.2 Definici³n operativa de la temperatura 10 2.3 Ley de Boyle 11 2.4 Ley de Charles y de Gay-Lussac 11 2.5 Ley de Avogadro 13 2.6 Ecuaci³n de los gases ideales 14 2.7 Ley de Dalton de presiones parciales 16 2.8 Gases reales 18 • Ecuaci³n de van der Waals 19 • La ecuaci³n viral de estado 22 2.9 Condensaci³n de gases y estado cr­tico 24 Problemas 30 CAPTULO 3 Teor­a cin©tica de los gases 37 3.1 El modelo 37 3.2 Presi³n de un gas 38 3.3 Energ­a cin©tica y temperatura 40 3.4 Leyes de distribuci³n de Maxwell 41 3.5 Colisiones moleculares y la trayectoria media libre 47 3.6 Viscosidad de los gases 51 3.7 Leyes de Graham de difusi³n y de efusi³n 54 3.8 Equipartici³n de la energ­a 57 Ap©ndice3.1 Derivaci³n de la ecuaci³n 3.24 64 Ap©ndice 3.2 Diferenciaci³n total y parcial 66 Problemas 69 CAPTULO 4 La primera ley de la termodin¡mica 75 4.1 Calor y trabajo 75 • Trabajo 75 • Calor 81 4.2 Primera ley de la termodin¡mica 82 4.3 Entalp­a 85 4.4 Descripci³n detallada de las capacidades calor­ficas 90 4.5 Expansi³n de los gases 93 • Expansi³n isot©rmica 93 • Expansi³n adiabatica 94 4.6 Termoqu­mica 98 • Entalpia de formaci³n est¡ndar 98 • Dependencia entre entalpia de reacci³n y temperatura 104 4.7 Energ­as de enlace y entalpias de enlace 106 • Entalp­a de enlace y entalpia de disociaci³n de enlace 108 Ap©ndice 4.1 Diferenciales exactas e inexactas 113 Problemas 117 CAPTULO 5 Segunda ley de la termodin¡mica 125 5.1 Procesos espont¡neo 125 5.2 La entrop­a 127 • Definici³n estadistica de la entrop­a 128 • Definici³n termodin¡mica de entrop­a 131 5.3 La m¡quina t©rmica de Carnot 131 • Eficiencia termodin¡mica 134 • La funci³n entrop­a 135 • Refrigeradores, dispositivos de aire acondicionado y bombas de calor 136 5.4 Segunda ley de la termodin¡mica 138 5.5 Cambios de entrop­a 141 • Cambio de entrop­a debido a mezclado de gases ideales 141 • Cambio de entrop­a debido a transiciones de fase 142 • Cambio de entrop­a debido al calentamiento 144 5.6 Tercera ley de la termodin¡mica 148 • Tercera ley, o entrop­as absolutas 148 • Entrop­a de las reacciones qu­micas 151 5.7 Entrop­a residual 153 CAPTULO 6 Las energ­as de Gibbs y de Helmholtz y sus aplicaciones 165 6.1 Las energ­as de Gibbs y de Helmholtz 165 6.2 Significado de las energ­as de Gibbs y de Helmholtz 168 • Energ­a de Helmholtz 168 • Energ­a de Gibbs 169 6.3 Energ­a molar est¡ndar de Gibbs de formaci³n AfG° 172 6.4 Dependencia de la energ­a de Gibbs de la temperatura y la presi³n 175 • Dependencia de G con respecto a la temperatura 175 • Dependencia de G con respecto a la presi³n 176 6.5 Energ­a de Gibbs y equilibrio de fases 178 • Las ecuaciones de Clapeyron y de Clausius-Clapeyron 180 • Diagramas de fase 182 • La regia de fases 186 6.6 Termodin¡mica de la elasticidad del hule 186 Ap©ndice 6.1 Algunas relaciones termodin¡micas 191 Apendice 6.2 Derivaci³n de la regia de fases 194 Problemas 197 CAPTULO 7 Soluciones no electrol­ticas 203 7.1 Unidades de concentraci³n 203 • Porcentaje en peso 203 • Fracci³n molar (x) 204 • Molaridad (M) 204 • Molaridad (m) 204 7.2 Cantidades molares parciales 205 • Volumen molar parcial 205 • Energ­a molar parcial de Gibbs 206 7.3 Termodin¡mica de las mezclas 208 7.4 Mezclas binarias de l­quidos vol¡tiles 211 7.5 Soluciones reales 217 • El disolvente 218 • El soluto 218 7.6 Equilibrio de fases de sistemas de dos componentes 221 • Destilaci³n 221 • Equilibrio s³lido-l­quido 226 7.7 Propiedades coligativas 228 • Reducci³n de la presi³n de vapor 228 • Elevaci³n del punto de ebullici³n 229 • Descenso del punto de congelaci³n 232 • Presi³n osm³tica 235 Problemas 244 CAPTULO 8 Soluciones electrol­ticas 249 8.1 Conducci³n el©ctrica en las soluciones 249 • Algunas definiciones b¡sicas 249 • Grado de disociaci³n 255 • Movilidad i³nica 256 • Aplicaciones de las mediciones de conductancia 258 8.2 Interpretaci³n molecular del proceso de producci³n de soluciones 259 8.3 Termodin¡mica de los iones en soluci³n 263 • Entalp­a, entrop­a y energ­a de Gibbs de la formaci³n de iones en soluci³n 264 8.4 Actividad i³nica 266 8.5 Teor­a de Debye-H¼ckel de los electrolitos 271 • Los efectos de adici³n de sal (“salting-in”) y de extracci³n de sal (“salting-out”) 274 8.6 Propiedades coligativas de las soluciones electrol­ticas 277 • El efecto Donan 279 8.7 Membranas biol³gicas 282 • Transporte en la membrana 284 Apendice 8.1 Notas sobre electrost¡tica 291 Apendice 8.2 El efecto Donnan con prote­nas que portan cargas mºltiples 294 Problemas 297 CAPTULO 9 Equilibrio quimico 301 9.1 Equilibrio qu­mico en los sistemas gaseosos 301 • Gases ideales 301 • Gases reales 307 9.2 Reacciones en Soluci³n 309 9.3 Equilibrio heterog©neo 310 9.4 Influencia de la temperatura, la presi³n y los catalizadores sobre la constante de equilibrio 312 • El efecto de la temperatura 313 • El efecto de la presi³n 316 • El efecto de los catalizadores 317 9.5 Enlace de ligantes y iones met¡licos a macromol©culas 318 • Un sitio de enlace por macromol©cula 318 • n sitios de enlace equivalente por macromol©cula 319 • Equilibrio de di¡lisis 322 9.6 Bioenerg©tica 324 • El estado est¡ndar en bioqu­mica 325 • ATP: la moneda de cambio de la energ­a 327 • Principios de las reacciones acopladas 330 • Glicolisis 330 • Algunas limitaciones de la termodin¡mica en la biolog­a 336 Ap©ndice 9.1 Relaci³n entre fugacidad y presi³n 338 Ap©ndice 9.2 Relaciones entre K1y K2 y la constante K de disociaci³n intr­nseca 341 Problemas 345  CAPTULO 10 Electroqu­mica 351 10.1 Celdas electroqu­micas 351 10.2 Potencial de un solo electrodo 353 10.3 Termodin¡mica de las celdas electroqu­micas 356 • Ecuaci³n de Nemst 360 • Dependencia de la FEM con respecto a la temperatura 362 10.4 Tipos de electrodos 363 • Electrodos met¡licos 363 • Electrodos de gas 363 • Electrodos de metal-sal insoluble 363 • Electrodos de vidrio 364 • Electrodos de ion selectivo 364 10.5 Tipos de celdas electroqu­micas 364 • Celdas de concentraci³n 365 • Celdas de combustible 365 10.6 Aplicaciones de las mediciones de las FEM 366 • Determinaci³n de los coeficientes de actividad 367 • Determinaci³n de pH 367 10.7 Titulaci³n potenciom©trica de las reacciones redox 368 10.8 Oxidaci³n biol³gica 373 • Teor­a quimiosm³tica de la fosforilaci³n oxidativa 378 10.9 Potencial de membrana 381 • Ecuaci³n de Goldman 385 • Potencial de acci³n 385 Problemas 391 CAPTULO 11 cidos y bases 397 11.1 Definiciones de ¡cidos y bases 397 11.2 Disociaci³n de ¡cidos y bases 398 • El producto ion del agua y la escala pH 403 • Relaci³n entre la constante de disociaci³n de un ¡cido y su base conjugada 405 11.3 Hidr³lisis de las sales 406 11.4 Titulaciones ¡cido-base 407 • Indicadores ¡cido-base 411 11.5 cidos dipr³ticos y polipr³ticos 412 11.6 Amino¡cidos 416 • Disociaci³n de los amino¡cidos 416 • El punto isoel©ctrico (pI) 419 11.7 Soluciones amortiguadoras 420 • Efecto de la fuerza i³nica y la temperatura en las soluciones reguladoras 422 • Preparaci³n de una soluci³n amortiguadora con un pH espec­fico 424 • Capacidad amortiguadora 425 11.8 Mantenimiento del pH sangu­neo 425 Apendice 11.1 Tratamiento m¡s exacto del equilibrio acido-base 431 Problemas 439 CAPTULO 12 Cin©tica qu­mica 445 Rapidez de reacci³n 445 Orden de reacci³n 446 • Reacciones de orden cero 447 • Reacciones de primer orden 448 • Reacciones de segundo orden 452 • Determinaci³n del orden de reacc­on 458 12.3 Molecularidad de una reacci³n 460 • Reacciones unimoleculares 461 • Reacciones bimoleculares 463 • Reacciones trimoleculares 463 12.4 Reacciones m¡s complejas 464 • Reacciones reversibles 464 • Reacciones consecutivas 466 • Reacciones en cadena 468 12.5 Efecto de la temperatura sobre la rapidez de reacc­on 469 • La ecuaci³n de Arrhenius 470 12.6 Superficies de energ­a potencial 471 12.7 Teor­as de las rapideces de reacc­on 473 • Teor­a de colisiones 473 • Teor­a del estado de transici³n 475 • Formulaci³n termodin¡mica de la teor­a del estado de transici³n 476 12.8 Efectos isot³picos en las reacciones qu­micas 480 12.9 Reacciones en soluci³n 483 12.10 Reacciones r¡pidas en soluci³n 485 • M©todo de flujo 487 • M©todo de relajaci³n 488 12.11 Reacciones oscilantes 491 Apendice 12.1 Deducci³n de la ecuaci³n 12.9 494 Apendice 12.2 Deducci³n de la ecuaci³n 12.38 496 Problemas 500 CAPTULO 13 Cin©tica enzim¡tica 511 13.1 Principios generates de cat¡lisis 511 • Cat¡lisis enzim¡tica 512 13.2 Las ecuaciones de la cin©tica enzim¡tica 514 • Cin©tica de Michaelis-Menten 515 • Cin©tica de estado estable 517 • Importancia de KM y Vm¡x 519 13.3 Quimotripsina: estudio de caso 521 13.4 Sistemas con varios sustratos 524 • Mecanismos secuenciales 525 • Mecanismo no secuencial o de “ping-pong” 526 13.5 Inhibici³n de enzimas 526 • Inhibici³n reversible 527 • Inhibici³n irreversible 535 13.6 Interacciones alost©ricas 536 • Uni³n de ox­geno con mioglobina y hemoglobina 536 • Ecuaci³n de Hill 538 • El modelo concertado 541 • El modelo secuencial 543 • Cambios de conformaci³n en la hemoglobina, inducidos por la uni³n con ox­geno 544 13.7 Efectos del pH sobre la cin©tica enzim¡tica 545 Apendice 13.1 An¡lisis cin©tico de la hidrolisis del trimetilacetato de p-nitrofenilo catalizada por quimotripsina 549 Apendice 13.2 Deducciones de las ecuaciones 13.17 y 13.19 551 Apendice 13.3 Deducci³n de la ecuaci³n 13.32 553 Problemas 556 CAPTULO 14 Mec¡nica cu¡ntica y estructura at³mica 561 14.1 La teor­a ondulatoria de la luz 561 14.2 Teor­a cu¡ntica de Planck 564 14.3 El efecto fotoel©ctrico 565 14.4 Teor­a de Bohr del espectro de emisi³n del hidr³geno 567 14.5 El postulado de De Broglie 574 14.6 El principio de incertidumbre de Heisenberg 578 14.7 La ecuaci³n de onda de Schr¶dinger 581 14.8 Part­cula en una caja unidimensional 583 • Espectros electr³nicos de polienos 588 14.9 Filtraci³n mec¡nico cu¡ntica 590 14.10 Ecuaci³n de onda de Schr¶dinger del ¡tomo de hidrogeno 593 • Orbitales ¡tomicos 595 14.11 tomos con muchos electrones y la tabla peri³dica 600 • Configuraciones electr³nicas 601 • Variaciones en las propiedades peri³dicas 605 Problemas 612 CAPTULO 15 El enlace qu­mico 619 15.1 Estructuras de Lewis 619 15.2 Teor­a del enlace de Valencia 620 15.3 Hibridizaci³n de orbitales ¡tomicos 623 • Metano (CH4) 623 • Etileno (C2H4) 626 • Acetileno (C2H2) 626 15.4 Electronegatividad y momento dipolar 630 • Electronegatividad 630 • Momento dipolar 630 15.5 Teor­a de los orbitales moleculares 633 15.6 Mol©culas diat³micas 636 • Mol©culas diat³micas mononucleares de los elementos del segundo periodo 636 • Mol©culas diat³micas heteronucleares de elementos de los periodos primero y segundo 638 15.7 Resonancia y deslocalizaci³n electr³nica 641 • El enlace pept­dico 644 15.8 Compuestos de coordinaci³n 645 • Teor­a del campo cristalino 647 • Teor­a de los orbitales moleculares 652 • Teor­a del enlace de Valencia 654 15.9 Compuestos de coordinaci³n en los sistemas biol³gicos 655 • Cobre 659 • Cobalto y manganeso 659 • Zinc 660 • Metales pesados t³xicos 661 Problemas 664 CAPTULO 16 Fuerzas intermoleculares 669 16.1 Interacciones intermoleculares 669 16.2 El enlace i³nico 670 16.3 Tipos de fuerzas intermoleculares 672 • Interacci³n dipolo-dipolo 672 • Interacci³n ion-dipolo 674 • Interacciones ion-dipolo inducido y dipolo-dipolo inducido 675 • Interacciones de dispersi³n o de London 678 • Interacciones de repulsi³n y totales 679 • Papel de fuerzas de dispersi³n en la anemia de c©lulas falciformes 681 16.4 Puentes de hidr³geno 682 16.5 Estructura y propiedades del agua 689 • Estructura del hielo 689 • Estructura del agua 689 • Algunas propiedades fisicoqu­micas del agua 691 16.6 Interacci³n hidrof³bica 693 Problemas 698 CAPTULO 17 Espectroscopia 701 17.1 Vocabulario 701 • Adsorci³n y emisi³n • Ancho de l­nea 703 Resoluci³n 705 Intensidad 706 •Reglas de selecci³n 708 • Relaci³n se±al a ruido 709 Ley de Beer – Lambert 710 17.2 Espectroscopia de microondas 711 17.3 Espectroscopia de infrarrojo 717 • Transiciones de vibraci³n y de rotaci³n simultaneas 722 17.4 Espectroscopia electr³nica 724 • Mol©culas org¡nicas 726 • Complejos de los metales de transici³n 729 • Mol©culas que experimentan interacciones de transferencia de carga 729 • Aplicaci³n de la ley de Beer-Lambert 729 17.5 Espectroscopia de resonancia magn©tica nuclear 731 • Distribuci³n de Boltzmann 734 • Desplazamientos qu­micos 734 • Acoplamiento spin-spin 737 • Rapidez del proceso de RMN 738 • RMN de nºcleos diferentes de ‘H 739 17.6 Espectroscopia de resonancia de spin electr³nico 741 17.7 Fluorescencia y fosforescencia 743 • Fluorescencia 744 • Fosforescencia 745 17.8 L¡seres 746 • Propiedades y aplicaciones de la luz l¡ser 749 Apendice 17.1 Espectroscopia de la transformada de Fourier 753 Problemas 763 CAPTULO 18 Simetr­a molecular y actividad ³ptica 769 18.1 Simetr­a de mol©culas 769 • Eje apropiado de rotaci³n 769 • Plano de simetr­a 770 • Centro de simetr­a 770 • Eje impropio de rotaci³n 770 • Simetr­a molecular y momento dipolar 770 • Simetr­a molecular y actividad ³ptica 771 18.2 Luz polarizada y rotaci³n ³ptica 772 18.3 Dispersi³n rotatoria ³ptica y dicro­smo circular 777 18.4 Problemas 781 CAPTULO 19 Fotoqu­mica y fotobiolog­a 783 19.1 Introducci³n 783 • Reacciones t©rmicas comparadas con reacciones fotoqu­micas 783 • Procesos primarios y procesos secundarios 784 • Rendimientos cu¡nticos 784 • Medici³n de la intensidad luminosa 786 • Espectro de acci³n 787 19.2 La atm³sfera terrestre 788 • Composici³n de la atm³sfera 788 • Regiones de la atm³sfera 789 • Tiempo de residencia 792 19.3 El efecto invernadero 793 19.4 Esmog fotoqu­mica 796 • Formaci³n de ³xidos de nitr³geno 796 • Formaci³n de 03 797 • Formaci³n del radical hidroxilo 798 • Formaci³n de otros contaminantes secundarios 798 • Efectos perjudiciales y prevenci³n del esmog fotoqu­mico 799 19.5 El papel esencial del ozono en la estratosfera 800 • Formaci³n de la capa de ozono 800 • Destrucci³n del ozono 801 • Agujeros polares de ozono 803 • Maneras de combatir el agotamiento de ozono 804 19.6 Fotos­ntesis 805 • El cloroplasto 806 • Clorofila y otras mol©culas de pigmento 807 • El centra de reacc­on 808 • Fotosistemas I y II 809 • Reacciones oscuras 812 19.7 Visi³n 813 • Estructura de la rodopsina 814 • Mecanismo de la visi³n • Rotaci³n sobre el enlace C=C 816 19.8 Efectos biol³gicos de la radiaci³n 817 • Luz solar y c¡ncer de la piel 817 • Fotomedicina 819 • Medicamentos activados por la luz 820 Problemas 825 CAPTULO 20 El estado s³lido 831 Clasificaci³n de los sistemas cristalinos 831 La ecuaci³n de Bragg 834 Determinaci³n de estructuras por difracci³n de rayos X 836 • M©todo de polvos 838 • Determinaci³n de la estructura cristalina del NaCl 839 • El factor de estructura 841 • Difracci³n de neutrones 844 Tipos de cristales 845 • Cristales met¡licos 845 • Cristales i³nicos 851 • Cristales covalentes 856 • Cristales moleculares 857 Apendice 20.1 Deducci³n de la ecuaci³n 20.3 858 Problemas 861 CAPTULO 21 El estado l­quido 863 Estructura de los l­quidos Viscosidad 865 Tensi³n superficial 870 • M©todo del ascenso capilar Difusi³n 876 • Leyes de Fick de la difusi³n Cristales l­quidos 883 • Cristales l­quidos termotr³picos 884 • Cristales l­quidos liotr³picos Apendice 21.1 Deducci³n de la ecuaci³n 21.13 889 Problemas 891 CAPTULO 22 Macromol©culas 895 22.1 M©todos para determinar el tama±o, la forma y la masa molar de las macromol©culas 895 • Masa molar de macromoleculas 895 • Sedimentaci³n en la ultracentr­fuga 896 • Viscosidad 904 • Electroforesis 905 22.2 Estructura de los pol­meros sint©ticos 909 • Configuraci³n y conformaci³n 910 • El modelo de caminata aleatoria 910 22.3 Estructura de las prote­nas y del ADN 913 • Prote­nas 913 • ADN 920 22.4 Estabilidad de las Prote­nas 923 • Interacci³n hidrof³bica 923 • Desnaturalizaci³n 924 • Plegamiento de Prote­nas 928 Apendice 22.1 Dactiloscopia de ADN (Obtenci³n de “huellas digitales” de ADN) 934 Problemas 938 CAPTULO 23 Termodin¡mica estad­stica 941 23.1 Macroestados y microestados 941 23.2 Ley de distribuci³n de Boltzmann 944 23.3 La funci³n de partici³n 948 23.4 Funci³n de partici³n molecular 951 • Funci³n de partici³n traslacional 951 • Funci³n de partici³n rotacional 953 • Funci³n de partici³n vibracional 954 • Funci³n de partici³n electr³nica 956 23.5 Funciones de partici³n para determinar cantidades termodin¡micas 956 • Energ­a interna y capacidad calor­fica 956 • Entrop­a 958 23.6 Equilibrio quimico 962 23.7 Teor­a del estado de transici³n 968 • Comparaci³n entre la teor­a de colisiones y la teor­a del estado de transici³n 970 Ap©ndice 23.1 Justificaci³n de la ecuaci³n Q = qNIN! para mol©culas indistinguibles 973 Problemas 975 Ap©ndice A Repaso de matem¡ticas y f­sica 977 Ap©ndice B Datos termodin¡micos 986 Glosario 991 Respuestas a los problemas pares seleccionados 1005 ndice 1009
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