EGP-_Unidad_1_-_Quimica_Final

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Camino a Un Gran Paso - Química 2020 
 
 
UNIDAD I: Materia y Energía 
La química es el estudio de la materia y los cambios que ocurren en ella (Chang, 2017). 
1 Materia, concepto, propiedades y clasificación 
Definimos como materia a todo aquello que tiene masa, ocupa un espacio e impresiona 
nuestros sentidos. La masa es una medida de la cantidad de materia en una muestra de 
cualquier material. 
Toda materia posee propiedades que pueden ser: 
a) Fundamentales o generales: son aquellas que se encuentran en todas las materias sin 
excepción. Son propiedades fundamentales: 
- Divisibilidad: toda materia se puede dividir por medios mecánicos en partículas, 
por medios físicos en moléculas y por medios químicos en átomos. 
- Ponderabilidad: dependen de la cantidad de masa y son 
o Volumen o Extensión: toda materia ocupa un lugar en el espacio. 
o Peso: todo cuerpo posee un peso que depende de la fuerza de la atracción 
de la gravedad y puede ser medido. El peso es variable según el lugar en 
que se lo mida. 
o Masa: se refiere a la cantidad de materia que posee el cuerpo y es 
constante en todo el universo. 
 
- Impenetrabilidad: dos cuerpos no pueden ocupar el mismo lugar en el espacio al 
mismo tiempo. 
- Indestructibilidad: en la naturaleza nada se crea, nada se destruye, todo se 
transforma. 
- Inercia: toda materia, tiende a mantener su estado de reposo o de movimiento 
rectilíneo uniforme, a menos que intervengan agentes exteriores que hagan 
cambiar dicho estado. 
- Porosidad: propiedad que tienen ciertos sólidos de presentar pequeñísimos 
agujeros (intersticios) en los cuales pueden penetrar ordinariamente gases y 
líquidos. 
b) Particulares o específicas: son aquellas que hacen diferenciar una materia de otra. 
Estas pueden ser Físicas o Químicas. 
- Propiedades Físicas: son aquellas que pueden ser observadas en ausencia de 
variaciones en la composición, es decir, en las que no intervienen fenómenos 
químicos. Son propiedades físicas el color, la densidad, la dureza, los puntos de 
fusión y ebullición, las conductividades eléctrica y térmica, las propiedades 
organolépticas (color, olor, sabor), las propiedades magnéticas, los estados físicos, 
los cambios de estados, la ductilidad, la solubilidad, la viscosidad, etc. Por 
ejemplo: el agua es un sólido (hielo) a bajas temperaturas, pero es un líquido a 
temperaturas más altas y a temperaturas aún superiores es un gas (vapor). Cuando 
el agua pasa de un estado a otro la composición es constante e invariable. 
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- Propiedades Químicas: son aquellas que pueden ser observadas en la materia 
cuando sufre cambios en su composición. Son propiedades químicas la oxidación, 
la reducción, la combustión, la polimerización, la saponificación, la degradación, 
etc. Por ejemplo: la combinación del azufre con el oxígeno para formar el dióxido 
de azufre; al elevarse la temperatura el azufre se convierte en un líquido fluido y 
amarillo transparente que presenta cambios en sus propiedades y estructura, 
obteniéndose una masa gomosa denominada azufre plástico. 
c) Propiedades intensivas y extensivas: las propiedades extensivas son aquellas que 
dependen de la cantidad de materia y las propiedades intensivas son las que son 
independientes de la cantidad de materia. Todas las propiedades químicas son 
intensivas. 
No existen dos sustancias que tengan las mismas propiedades físicas y químicas en 
las mismas condiciones, debido a esto podemos identificar a una sustancia entre 
varias sustancias diferentes. Por ejemplo, el cloruro de sodio es el único sólido 
cristalizado en el sistema cúbico, inodoro, sabor salado, punto de fusión 801°C, punto 
de ebullición 1413°C, densidad 2,16 g/cm
3 
a 15 °C, en solución acuosa reacciona con 
el nitrato de plata dando un precipitado blanco. 
Podemos clasificar a la materia de acuerdo con su composición en: sustancias puras y 
mezclas. 
1.1 Sustancias Puras: dícese de una sustancia que ya no puede separarse o purificarse por 
procedimientos físicos. Una sustancia pura es una materia que tiene propiedades y 
composiciones definidas. La sal de mesa común (cloruro de sodio), el azúcar y el 
oxígeno son ejemplos de sustancias puras. 
1.1.1 Elemento químico, concepto, símbolo y fórmula. Abundancia en la naturaleza y 
en el ser humano. 
Elementos: son sustancias que no pueden descomponerse en otras más simples por medios 
químicos. Por ejemplo, en la electrólisis del agua se obtienen dos gases que son el hidrógeno 
y el oxígeno, éstos ya no podrán descomponerse en otros más simples, por lo tanto, son 
llamados elementos. Son ejemplos de elementos químicos el hierro, el nitrógeno, el fósforo, 
el aluminio, el oro, el carbono, etc. Hasta la fecha se han identificado 118 elementos que 
están distribuidos en la tabla periódica de los elementos. A la mayoría de los elementos los 
encontramos distribuidos de manera natural en la tierra, mientras que otros fueron 
sintetizados en laboratorios. Los átomos de una gran cantidad de elementos pueden 
interactuar entre sí para formar compuestos. 
La mayor parte de los elementos se presentan en forma natural. ¿Cómo están distribuidos 
estos elementos en la Tierra, y cuáles son esenciales para los sistemas vivos? 
Aproximadamente, la extensión de la corteza terrestre desde la superficie hacia el centro de la 
Tierra es de 40 kilómetros. Debido a dificultades técnicas, los científicos no han podido 
estudiar las porciones internas de la Tierra con tanta facilidad como las de la corteza. No 
obstante, se cree que en el centro de la Tierra existe un núcleo sólido compuesto en su mayor 
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parte por hierro. Alrededor del núcleo se encuentra una capa llamada manto, la cual está 
formada por un fluido caliente que contiene hierro, carbono, silicio y azufre. 
De los 83 elementos que se encuentran en la naturaleza, 12 constituyen 99.7% de la masa de 
la corteza terrestre. Éstos son, en orden decreciente de abundancia natural, oxígeno (O), 
silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), potasio (K), 
titanio (Ti) hidrógeno (H), fósforo (P) y manganeso (Mn). Al analizar la abundancia natural 
de los elementos, debemos recordar que: 1) los elementos no están distribuidos de manera 
uniforme en la corteza terrestre, y 2) la mayoría se presentan en combinaciones. Estos datos 
proporcionan la base para la mayoría de los métodos de obtención de elementos puros a partir 
de sus compuestos, como se estudiará en capítulos posteriores. 
En la imagen (Chang, 2017) se presentan los elementos esenciales en el cuerpo humano. 
Especialmente importantes son los elementos traza, como hierro (Fe), cobre (Cu), zinc (Zn), 
yodo (I) y cobalto (Co), los cuales en conjunto conforman aproximadamente 0.1% de la masa 
corporal. Estos elementos son necesarios para el desarrollo de las funciones biológicas como 
el crecimiento, el transporte de oxígeno para el metabolismo y la defensa contra las 
enfermedades. Existe un balance delicado en las cantidades presentes de estos elementos en 
nuestros cuerpos. Su deficiencia o exceso durante un amplio periodo puede producir 
enfermedades graves, retraso mental o incluso la muerte. 
 
Símbolos químicos: son abreviaturas químicas que se utilizan para representar a los 
elementos químicos. El símbolo de cada elemento consiste en una o dos letras, en la que la 
primera letra es mayúscula y si hay una segunda letra, esta debe ser en minúscula. Estos se 
derivan generalmente del nombre en inglés del elemento, aunque en otras ocasionen 
provienen de un nombre extranjero. Todos los elementos conocidos con sus símbolos se 
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encuentran organizados en una tabla denominada Tabla Periódica de los elementos químicos 
(ver apéndice). 
Fórmula: es la representación gráfica de un compuesto químico. Así la fórmula del aguaes 
H2O, del cloruro de sodio (sal común) es NaCl. 
1.1.2 Compuestos químicos. Concepto y clasificación 
Compuesto: es toda sustancia formada por átomos de dos o más elementos distintos unidos 
químicamente en proporciones fijas. Los compuestos solo se pueden separar en sus 
componentes puros por medios químicos. Por ejemplo, en la electrólisis del agua, este se 
descompone en sus dos componentes que son el hidrógeno y el oxígeno cuando a través de 
ella se pasa una corriente eléctrica directa. 
1.2 Mezclas homogéneas y heterogéneas. 
Las mezclas son combinaciones de dos o más sustancias puras en las que cada una conserva 
su propia composición y propiedades. Esto significa que cada componente de la mezcla 
mantiene sus propiedades. Las mezclas pueden separarse por medios físicos, tales como 
filtración, evaporación, decantación, destilación, etc. Podemos clasificar a las mezclas en: 
- Homogéneas: cuando tienen la misma composición en todas sus partes. Por ejemplo, 
el aire (libre de partículas), es una mezcla de gases de nitrógeno, oxígeno, argón, 
dióxido de carbono y vapor de agua. Otros ejemplos son el agua salada y algunas 
aleaciones como el bronce, que son mezclas homogéneas de metales sólidos. 
- Heterogéneas: cuando tienen diferentes composiciones en sus partes. Por ejemplo, un 
sistema formado por agua-hielo o agua-aceite en los cuales se distinguen claramente 
dos fases distintas. 
A continuación, podemos ver la clasificación general de la materia (Fuente: Chang, 2017). 
 
2 Átomos y moléculas. Concepto, masa atómica y molecular. 
2.1 Átomo: es la unidad básica de un elemento que puede 
intervenir en una combinación química. El átomo posee 
una estructura interna que está formada por partículas 
más pequeñas que él, estas partículas son llamadas 
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desconocido y está bajo la licencia 
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partículas subatómicas o partículas fundamentales y se clasifican en: electrones, 
protones y neutrones. 
2.2 Composición de los átomos: Los átomos y, por lo tanto, toda la materia, se componen 
principalmente de tres partículas fundamentales: electrones, protones y neutrones, los 
cuales son los componentes fundamentales para la estructura atómica. Con su 
experimento de la dispersión de partículas α, Rutherford propuso que las cargas 
positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central 
dentro del átomo, que llamó núcleo. Las partículas del núcleo que tienen carga 
positiva reciben el nombre de protones. Chadwick llamó neutrones, a las partículas 
eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones. 
Por su parte, siendo 1800 veces más pequeño que los protones y los neutrones, las 
partículas con carga negativa se conocen como electrones. Existen otras partículas 
subatómicas, pero el electrón, el protón y el neutrón son los tres componentes 
fundamentales del átomo que son importantes para la química. En la imagen (Chang, 
2017) se muestran los valores de carga y de masa de estas tres partículas elementales. 
 
 
2.3 Moléculas: Una molécula es un agregado de, por lo menos, dos átomos en un arreglo 
definido que se mantienen unidos a través de fuerzas químicas (enlaces químicos). Una 
molécula puede estar formada por átomos del mismo elemento o átomos de dos o más 
elementos, siempre en una proporción fija, de acuerdo con la ley de las proporciones. 
Una molécula no siempre está formada por átomos del mismo elemento, también puede 
estar formada por dos o más elementos, a este tipo de moléculas se les llaman 
compuestos. 
 
 
 
2.4 Relaciones de masa en átomos y moléculas: ¿Qué es la masa atómica de un 
elemento? 
La masa atómica también es conocida como peso atómico, se define como la masa de un 
átomo en unidades de masa atómica. Una unidad de masa atómica se define como una masa 
exactamente igual a un doceavo de la masa de un átomo de carbono-12. 
 
UNIDAD DE MASA ATÓMICA, UMA: es la 1/12 parte de la masa del 
isótopo de carbono-12 
 
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Ejemplo: el Ácido Sulfúrico pesa 98 uma, entonces es “98 veces la 1/12 parte del isótopo 
del carbono 12”. 
 
2.5 ¿Qué es un mol de un elemento? 
Un mol de un elemento es la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades 
elementales (átomos, moléculas u otras partículas) como el número de átomos en 12 gramos 
del isótopo de carbono-12 puro. La masa en gramos de un mol de átomos de un elemento 
puro es numéricamente igual al peso atómico en uma de dicho elemento. 
 
 
 
2.6 Masa molar de un elemento: se define como la masa en gramos o kilogramos de un 
mol de unidades (átomos y moléculas) de un elemento. 
¿Qué es el número de Avogadro? ¿Cuál es su valor? Por número de Avogadro se entiende 
al número de entidades elementales, es decir, de átomos, electrones, iones, moléculas, que 
existen en un mol de cualquier sustancia. Su valor es de 6,022x 10
23 
átomos, iones o 
moléculas. 
2.7 Masa molecular de un compuesto: Masa molecular, peso molecular o peso fórmula es 
la suma de las masas atómicas (en uma) en una molécula. Ejemplo: La masa molecular 
del H2O es: 2 x masa atómica del H + 1 x masa atómica del O 
 (2 x 1 uma) + (1 x 16, 00 uma) = 18 uma. 
Se debe multiplicar la masa atómica de cada elemento por el número de átomos de ese 
elemento y posteriormente sumar los resultados de cada elemento que componen a la 
molécula. 
2.8 ¿Qué es masa molar de un compuesto? Se define como la masa en gramos de 1 mol 
de unidades (átomos y moléculas) de una sustancia. La masa molar de un compuesto en 
gramos es numéricamente igual a su masa molecular en uma. Entonces, si un mol de 
H2O tiene una masa molecular igual a 18 uma, su masa molar es igual a 18 gramos por 
mol (g/mol). 
3 Iones. Concepto, aniones y cationes. Mecanismos de formación. 
Un ion es un átomo o un grupo de átomos que tiene una carga neta positiva o negativa. 
El número de protones, cargados positivamente, del núcleo de un átomo permanece igual 
durante los cambios químicos comunes (reacciones químicas), pero se pueden perder o ganar 
electrones, cargados negativamente. La pérdida de uno o más electrones a partir de un átomo 
neutro forma un catión, un ion con carga neta positiva. Por ejemplo, un átomo de sodio (Na) 
fácilmente puede perder un electrón para formar el catión sodio, que se representa como Na
+
: 
 
 
 
 
Átomo de Na Ion Na+ (catión) 
11 protones 11 protones 
11 electrones 10 electrones 
1 mol = 6,0220145 x 10
23
 partículas, átomos, moléculas, iones, protones. 
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Un anión es un ion cuya carga neta es negativa debido a un incremento en el número de 
electrones. Por ejemplo, un átomo de cloro (Cl) puede ganar un electrón para formar el ion 
cloruro Cl
–
: 
Átomo de Cl Ion Cl-(anión) 
17 protones 17 protones 
17 electrones 18 electrones 
 
Un átomo puede perder o ganar más de un electrón. Como ejemplos de iones formados por 
la pérdida o ganancia de más de un electrón están: Mg
2+
, F
e3+
, S
2–
 y N
3–
. Estos iones, lo 
mismo que los iones Na
+
 y Cl
–
, reciben el nombre de iones monoatómicos porque contienen 
solamente un átomo. Así también, se pueden combinar dos o más átomos y así formar un ion 
que tenga una carga neta positiva o negativa. Los iones que contienen más de un átomo, 
como es el caso de OH
–
 (ion hidróxido), CN
–
 (ion cianuro) y NH4
+
 (ion amonio) se 
denominan iones poliatómicos. Veamos en la tabla periódica de abajo los iones 
monoatómicos más comunes (Fuente: Chang, 2017). 
 
 
4 Cambios químicos y físicos. 
4.1 Cambios químicos: Son aquellos en los que unas sustancias se transforman en otras 
sustancias diferentes, con naturaleza y propiedades distintas.Por ejemplo, se producen 
cambios químicos cuando una sustancia arde, se oxida o se descompone. En un cambio 
químico, la composición química de la materia cambia. Quemar el azúcar es un cambio 
químico porque la composición química del azúcar cambió y el azúcar dejó de ser 
azúcar para convertirse en caramelo. 
4.2 Cambios físicos: Son todos aquellos en los que la sustancia no se transforma en otra 
diferente. Por ejemplo, se producen cambios físicos cuando una sustancia se mueve, se 
le aplica una fuerza o se deforma, también cuando ocurren los cambios de estado de la 
materia. En un cambio químico, la composición química de la materia no cambia, solo 
su composición física. Romper un pedazo de papel es un cambio físico porque la 
composición química del papel no se cambió, aunque roto, el papel sigue siendo papel. 
5 Materia y energía. 
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5.1 Conceptos y tipos de energía: la energía es la capacidad de producir trabajo, generar 
una fuerza o transmitir calor. Albert Einstein demostró, que la materia puede 
transformarse en energía y que la energía puede transformase en materia. Al aumentar 
la distancia entre un protón y un electrón, se realiza un trabajo para vencer la fuerza de 
atracción electrostática entre ellos. Cuando una persona levanta una pesa, realiza un 
trabajo para vencer la fuerza de gravedad. Después de un tiempo de estar levantando la 
pesa, se observa que también siente calor ya que el cuerpo genera calor mientras se 
realiza esa ardua tarea. 
5.2 La energía: el motor de la materia. 
A pesar de que representa un concepto muy abstracto, “energía” es un término bastante 
utilizado. Por ejemplo, cuando nos sentimos cansados, solemos decir que no tenemos energía; 
es común que leamos sobre la búsqueda de alternativas a fuentes de energía no renovables. A 
diferencia de la materia, la energía se reconoce por sus efectos: no puede verse, tocarse, 
olerse o pesarse. 
La energía generalmente se define como la capacidad para efectuar un trabajo. Todas 
las formas de energía son capaces de efectuar un trabajo, pero no todas ellas tienen la misma 
importancia para la química. Por ejemplo, es posible aprovechar la energía contenida en las 
olas para realizar un trabajo útil, pero es mínima la relación entre la química y las olas. Los 
químicos definen trabajo como el cambio directo de energía que resulta de un proceso. 
Tipos de energía: 
- La energía cinética, energía producida por un objeto en movimiento, es una de 
las formas de energía que para los químicos tiene gran interés. 
- La energía radiante, o energía solar, proviene del Sol y es la principal fuente de 
energía de la Tierra. La energía solar calienta la atmósfera y la superficie terrestre, 
estimula el crecimiento de la vegetación a través de un proceso conocido como 
fotosíntesis, e influye sobre los patrones globales del clima. 
- La energía térmica es la energía asociada al movimiento aleatorio de los átomos 
y las moléculas. En general, la energía térmica se calcula a partir de mediciones de 
temperatura. Cuanto más vigoroso sea el movimiento de los átomos y de las 
moléculas en una muestra de materia, estará más caliente y su energía térmica será 
mayor. Sin embargo, es necesario distinguir con claridad entre energía térmica y 
temperatura. Una taza de café a 70 °C tiene mayor temperatura que una tina llena 
con agua caliente a 40 °C, pero en la tina se almacena mucha más energía térmica 
porque tiene un volumen y una masa mucho mayor que la taza de café, y por tanto 
más moléculas de agua y mayor movimiento molecular. 
- La energía química es una forma de energía que se almacena en las unidades 
estructurales de las sustancias; esta cantidad se determina por el tipo y arreglo de 
los átomos que constituyen cada sustancia. Cuando las sustancias participan en 
una reacción química, la energía química se libera, almacena o se convierte en 
otras formas de energía. 
- La energía potencial es la energía disponible en función de la posición de un 
objeto. Por ejemplo, debido a su altitud, una piedra en la cima de una colina tiene 
mayor energía potencial y al caer en el agua salpicará más que una piedra 
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semejante que se encuentre en la parte baja de la colina. La energía química se 
considera como un tipo de energía potencial porque se relaciona con la posición 
relativa y el arreglo de los átomos en una sustancia determinada. 
5.3 La energía no se crea ni se destruye. 
Todas las formas de energía se pueden convertir (al menos en principio) unas en otras. 
Cuando estamos bajo la luz solar sentimos calor, porque en la piel la energía radiante se 
convierte en energía térmica. Cuando hacemos ejercicio, la energía química almacenada en el 
cuerpo se utiliza para producir energía cinética. Cuando una pelota empieza a rodar cuesta 
abajo, su energía potencial se transforma en energía cinética. Sin duda, existen muchos otros 
ejemplos. Los científicos han concluido que, aun cuando la energía se presenta en diferentes 
formas interconvertibles entre sí, esta no se destruye ni se crea. Cuando desaparece una forma 
de energía debe aparecer otra (de igual magnitud), y viceversa. Este principio se resume en la 
ley de la conservación de la energía: la energía total del universo permanece constante. 
 
5.4 Cambios de energía en procesos físicos y reacciones químicas. 
Cuando las sustancias experimentan cambios químicos, demuestran sus propiedades 
químicas. 
Se produce una transformación de materia, porque las moléculas iniciales son rotas y sus 
átomos se reagrupan para formar nuevas moléculas. Es decir, una reacción química ocurre 
con ruptura y formación de enlaces químicos. La reacción del magnesio cuando se quema 
con el oxígeno del aire es un cambio químico. Cuando se quema el carbón, el fenómeno es 
una reacción química. El agua se puede descomponer químicamente en hidrogeno y oxígeno. 
Esto se logra pasando electricidad a través del agua, el proceso es llamado electrolisis. 
Los cambios químicos pueden producir diferentes formas de energía. Por ejemplo, la energía 
eléctrica con que se encienden los automóviles se produce por cambios químicos en la batería 
del plomo. La energía luminosa puede producirse por el cambio químico que se efectúa en 
una bujía. Toda la energía necesaria para los procesos vitales se produce por cambios 
químicos dentro de las células de los organismos vivos. 
 
Las propiedades físicas son las características inherentes de una sustancia, que se observan o 
determinan en ausencia de cualquier cambio en la composición (o estructura de una 
sustancia). 
Las propiedades físicas comunes son color, sabor, olor, estado físico, densidad, punto de 
fusión y punto de ebullición. Es decir, un cambio físico ocurre sin que se dé un cambio en la 
composición química. En los cambios físicos siempre se libera o absorbe energía. Se 
necesita energía para fundir hielo y para hervir agua. La condensación de vapor para formar 
agua líquida siempre libera energía, esto ocurre en la congelación de agua líquido para formar 
hielo. 
Cuando una sustancia es sometida a un fenómeno físico sus características químicas no se 
alteran, pues sus moléculas permanecen intactas. 
- Cuando un alambre de platino limpio se calienta en la llama de un mechero, la 
apariencia del platino cambia de color metálico plateado a rojo brillante, pero al 
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enfriarlo se restaura su apariencia metálica, porque la composición del platino no 
cambia al calentarlo y enfriarlo. 
- Cuando un alambre de cobre limpio se calienta sobre la llama de un mechero, la 
apariencia del cobre cambia de metálico cobrizo al rojo incandescente. A 
diferencia del alambre de platino, el alambre de cobre no recupera su apariencia 
original por enfriamiento, sino que se convierte en un material negro. Este 
material negro esuna nueva sustancia llamada oxido de cobre (II). Se formó por 
un cambio químico al combinarse el cobre con el oxígeno del aire durante el 
proceso de calentamiento. 
El platino solo se transforma físicamente al calentarlo, pero el cobre se transforma tanto 
física como químicamente cuando se lo calienta. Un cambio químico se acompaña de un 
cambio físico; sin embargo, cuando se efectúa un cambio físico, no ocurre un cambio 
químico. 
Bibliografía: 
Brown, T.; Le May, H. Eugene.; Bursten, Bruce. Química La Ciencia Central. 
Décimoprimera edición. Pearson Educación. México 2009. 
Chang, R., & Goldsby, K. (2017). Química. Duodécima edición. Editorial McGraw – Hill. 
México, D.F.pdf. 
Elizabeth María Alonzo Quiñonez. Química 4a Edición, 2004. Editorial Litocolor S R L. 
Asunción Paraguay. 
R. H. Petrucci, W. S. Harwood, F. Geoffrey Herrieg. Química General. Prentice Hall, 8ª ed., 
2003 
Whitten, K. W.; Davis, R. E.; Peck, M. L. Química General, 5ª.Edic, Mc Graw Hill, España, 
1998. 
 
Docentes elaboradores del material: Prof. Ing. Laura Mendoza de Caballero 
 Prof. Lic . Lourdes Mercedes Peralta 
 Univ. Linda Verónica Denis Ibars 
Docente revisor: Prof. Lic. Angel Dario Cabrera Pereira 
Editor final Lic. Alma Iris Saldívar 
Coordinadores: Prof. Lic. Clara Cristina Zarate Riveros 
 Prof. Lic. Angel Dario Cabrera Pereira