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Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Evaluación Final

Presentado por: Diana Roció Nieto cód. 1122.121.194 Leidy Alexandra Castillo cód. 1121.948.375 Luis Eduardo Sánchez cód. 1.118.200.888 Nombre del curso: Química General Código Grupo: 201129

MARIA HELENA GARCÍA ROSERO Tutora UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Introducción La química hoy día tiene tanta presencia en nuestras vidas y bienestar, que la mayoría del tiempo no pensamos realmente en su influencia actual, y el papel que ha tenido en lo que somos hoy. Ejemplo de lo anterior es la vinculación en los medicamentos, en la comida, la industria, la gasolina y hidrocarburos para hacer mover los automóviles, entre otras cosas. La Química ha sido muy relevante alrededor del tiempo desde el descubrimiento del fuego, hasta la actualidad. Por tanto, la química está en todo.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Ejercicio 1. Lectura y comprensión. A. ¿Ubicar en la Figura 1. Esquema de Tabla periódica, todos los elementos nombrados en la lectura? H C

O

Fe

B. Realizar la configuración electrónica para los elementos de la lectura y a partir de ello justificar el grupo y periodo.

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Hidrogeno (H:1): 1s1. Grupo 1, por qué solo tiene un nivel de energía que es el primero, y grupo uno porque tiene un solo electrón en su última capa de energía. Hierro (Fe: 26):1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Grupo, pertenece al grupo que en sus niveles externos tienen 8 electrones, y pertenece al grupo 4, pues 4 es su último 4 s2 es su último nível de energía Carbono (C:6): 1s2 2s2 2p2. Periodo: 2, porque es su ultimo nivel de configuración electrónica. Grupo: 4, porque es lo que corresponde a su ultimo nivel de energía. Oxígeno (O:8)1s2 2s2 2p4. Periodo: 2 porque es su ultimo nivel de energía. Grupo: 6 porque tiene 6 electrones en su último nivel de energía. C. Escribir las fórmulas moleculares de los compuestos nombrados en la lectura Formulas moleculares: Dióxido de Carbono: El dióxido de carbono es una molécula con la fórmula molecular CO2. Óxido de hierro: La fórmula molecular del óxido de hierro es Fe2O3.

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Etanol: La fórmula molecular del etanol es C2H5OH. D. Nombrar los compuestos CO2 y los óxidos formados por el hierro utilizando la nomenclatura stock, tradicional y sistemática. CO2 Nomenclatura sistemática: dióxido de carbono Nomenclatura stock: óxido de carbono (IV) Nomenclatura tradicional: anhídrido carbónico C2H5OH Nomenclatura sistemática: etanol Nomenclatura tradicional: alcohol etílico

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 E. ¿Podríamos inferir de la lectura que en la vida son necesarios muchos elementos de la tabla periódica? Los elementos químicos están presentes en la mayoría de actividades que realizamos diariamente, al cocinar, al preparar un jugo, al realizar una mezclar para pintar o realizar alguna reforma en el hogar, de igual forma, en las prendas que se realizan con metales, está en todas las actividades que se realizan, pues estamos rodeados de materia, y la materia está formada por átomos, que pueden ser de diversos elementos. F. Para el átomo de carbono completar.  Numero atómico  Describir los principales isotopos y sus usos.  Tipos de enlaces formados. Número atómico= 6 Isotopos: El carbono tiene 3 isótopos del carbono, se producen de forma natural, los estables el isótopo radiactivo 14C,

12C

y

13C

y

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 12C:

Es el isótopo de carbono más abundante (98.93 %), y sobre el cual se define el mol (el mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12). 13C:

Es un isótopo de carbono menos abundante que el 12C (1.07 %), también es estable físicamente 14C: se forma continuamente en la atmósfera por interacción de la radiación cósmica con 14N, el componente mayoritario del aire. La radiación cósmica está formada por protones, rayos alfa, rayos beta y radiación electromagnética. Cuando los rayos cósmicos penetran en la atmósfera sufren diversas transformaciones, entre ellas la producción de neutrones. G. Escribir la reacción de formación del etanol a partir de la glucosa. La reacción de formación del etanol a partir de la glucosa es: C₆H₁₂O₆ = 2C₂H₅OH + 2CO₂ Ejercicio 2. Aplicación de moléculas en el campo industrial.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 NH3, Amoníaco: Subproducto de procesos biológicos y es un desecho en la orina. A. Ordene los átomos y los iones que conforman la molécula de mayor a menor tamaño.

La molécula de Amoniaco está formada por 1 Átomo de Nitrógeno, que contiene 3 electrones libres, los cuales se enlazan a 3 átomos de nitrógeno, formado enlaces del tipo covalente. No metal- No metal HCl, Ácido Clorhídrico: compuesto producido en el estómago y principal constituyente del jugo gástrico.

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La molécula de Ácido Clorhídrico está compuesto por un átomo de hidrogeno que tiene 1 electrón libre, y por un átomo de Cloro, que contiene 7 electrones en su última capa. Logrando la estabilidad electrónica del compuesto. H2SO4, ácido sulfúrico a. Ordene los átomos y los iones que conforman la molécula de mayor a menor tamaño. De acuerdo a su peso o masa atómica se pueden ordenar de la siguiente manera: Elemento químico __ Peso atómico

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 - Azufre S ________ 32,065 grs/mol - Oxígeno O ________ 15,99 grs/mol - Hidrógeno H _______ 1 grs/mol b. Escriba la configuración electrónica y en la tabla periódica indique grupo, periodo, representativo, transición o transición interna; metal o no- metal. Configuración electrónica Grupo Periodo Metal o no metal S = Z 16 = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p₄. Grupo 16, periodo 3, no metal. O = Z 8 = 1s² 2s² 2p⁴. Grupo 14, periodo 2, no metal H = Z1 = 1s¹.b Grupo 1, periodo 1, no metal.

C. Con base en la ubicación en la tabla periódica de los elementos que conforman la molécula, prediga cuál tendrá la segunda energía de ionización más alta.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 La energía de ionización del Oxígeno es la más alta 1313,9, seguida de la del hidrógeno 1312,0 y al azufre le corresponde una energía de 999,6. Por tanto, la segunda energía de ionización más alta en la molécula de H₂SO₄ es la del hidrógeno. D. Describa y razone, mediante qué enlace químico se unen los compuestos que forma A consigo mismo y con B, C y D (siendo A en su molécula escogida el primer átomo, B: el segundo átomo, C: el tercer átomo y D el cuarto átomo según sea el caso).

- Azufre (A) + Oxígeno (B) = Dióxido de azufre = enlace covalente coordinado. - Azufre (A) + Hidrógeno (C) = radical tiol = enlace covalente

E. Explique cómo se forman los puentes de hidrógeno y de dos ejemplos Puentes de hidrógeno:

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Estos cinco ejemplos de puentes de hidrógeno mencionados se originan cuando el hidrógeno se une de forma covalente con elementos muy electronegativos como: El flúor El oxígeno El nitrógeno El cloro La elevada electronegatividad de estos elementos con el pequeño tamaño del hidrógeno ocasiona un gran desbalance de carga dando origen a un dipolo permanente. En estos compuestos las moléculas son muy polares en donde el hidrógeno tiene carga positiva. El extremo positivo de la molécula se aproxima al extremo negativo de la otra molécula generando el puente de hidrógeno Entre otros ejemplos que presentan puentes de hidrógeno se encuentra:

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Ácido fluorhídrico HF Peróxido de hidrógeno H₂O₂ Etanol C₂H₅OH Metilamina CH₃NH₂ Ácido acético CH₃COOH

F. Calculo de la concentración molar, molaridad M : M = gsto /MMsto * Vsol (L) M = 0.12 g / 98 g/mol * 0.7 L M = 1.74*10-3 mol/L

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Fórmula de PH : PH = -Log[M ] PH = - Log( 1.74*10-3 mol/L ) PH = 2.76 PH +POH = 14 Se despeja POH : POH = 14 - 2.76 POH= 11.24

Los valores del pH y pOH del ácido sulfúrico H2SO4 son respectivamente: 2.76; POH= 11.24.

PH =

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G. Plantear una reacción química de neutralización para cada molécula. La reacción de neutralización del ácido sulfúrico H2SO4 + Cu(OH)2 → CuSO4 + 2 H2O NH3 Y HCL B. Escriba la configuración electrónica y en la tabla periódica indique grupo, periodo, representativo, transición o transición interna; metal o no- metal. Configuración electrónica del H: (Z:1) 1s1 (No Metal) Configuración electrónica del N: (Z:7) 1s22s22p3 (No metal) Configuración electrónica del Cl: (Z:17) 1s22s22p6 3s2 3p5 (No metal- Halógeno)

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Na = Z 11 = 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Grupo 1, periodo 3, metal alcalino H = Z1 = 1s¹.b Grupo 1, periodo 1, no metal

1

1 H

N

2 3 4 5 6 7

15

Na

Cl

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 C. Con base en la ubicación en la tabla periódica de los elementos que conforman la molécula, prediga cuál tendrá la segunda energía de ionización más alta. NH3: La energía aumenta de izquierda a derecha, y de abajo a arriba, en el caso del hidrógeno y el nitrógeno, la de N, es mucho más mayor que la del H, debido además a la estabilidad que presenta su configuración, de igual forma cabe señalar que la segunda energía de ionización es aquella que permite separar al segundo electrón, en el caso del Hidrogeno posee solo un electrón. HCl: Al igual que en caso anterior el hidrógeno y el nitrógeno, la de Cl, es mayor que la del H, por la posición en la que se ubica, de igual forma cabe señalar que la segunda energía de ionización es aquella que permite separar al segundo electrón, en el caso del Hidrogeno posee solo un electrón. D. Describa y razone, mediante qué enlace químico se unen los compuestos que forma A consigo mismo y con B, C y D (siendo A en su molécula escogida el primer átomo, B: el segundo átomo, C: el tercer átomo y D el cuarto átomo según sea el caso).

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H-H = Enlace covalente puro: Molécula diatómica de hidrógeno H3- N= 3 Enlaces covalentes polares: Amoniaco H- Cl= Enlace covalente simple: Acido Clorhídrico Enlace de átomos de sodio (A): enlace iónico. Enlace de sodio con oxígeno ( A+B) = óxido de sodio.

E. Explique cómo se forman los puentes de hidrógeno y de dos ejemplos. Los puentes de Hidrógeno, se forman por átomos de Hidrógeno localizados entre átomos pequeños muy electronegativos, cuando un átomo de Hidrógeno está unido covalentemente, a un átomo electronegativo, Oxígeno, Nitrógeno o Flúor, el átomo con mayor electronegatividad atraerá hacia si los electrones del enlace, formándose un dipolo negativo, mientras que el átomo de hidrógeno, al ceder

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 parcialmente sus electrones, genera un dipolo de carga positiva en su entorno. Estas cargas opuestas se atraen. Esta deficiencia parcial en electrones, hace a los átomos de Hidrógeno susceptibles de atracción por los electrones no compartidos en los átomos de Oxígeno, Nitrógeno o Flúor. En un enlace de hidrógeno tenemos que distinguir entre el átomo DADOR del hidrógeno (aquel al que está unido covalentemente el hidrógeno) y el ACEPTOR, que es al átomo de O o N al cual se va a enlazar el hidrógeno. DADOR Un enlace O-H está muy polarizado por la elevada electronegatividad del oxígeno y por el hecho de que el único protón del núcleo del hidrógeno atrae débilmente a los electrones del enlace. Así, se estima que la carga positiva sobre el hidrógeno es de 0,4 unidades. En el caso de que el átomo electronegativo sea nitrógeno la situación es similar, aunque dada la menor electronegatividad del nitrógeno la polarización del enlace va a ser algo menor. Los grupos O-H y el N-H van a actuar como donadores de hidrógeno en el enlace de hidrógeno. A pesar de la similitud química el grupo S-H es un mal donador, debido a la baja electronegatividad del azufre. ACEPTOR El aceptor del hidrógeno va a ser un átomo electronegativo (otra vez oxígeno o nitrógeno) pero con una peculiaridad: el hidrógeno se va a unir a un orbital ocupado por dos electrones solitarios. Estos orbitales

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 tienen una densidad de carga negativa alta, y por consiguiente se pueden unir a la carga positiva del hidrógeno. En el caso del oxígeno, con un total de 8 electrones, se presentan DOS pares de electrones solitarios, tanto en el caso de la hibridación sp3 como de la sp2: Ejemplo: Ácido Clorhídrico =HCl F. Calcular el pH y pOH para cada una de las moléculas, si se toman 0,12 gramos y se llevan a un volumen de 700 mL. NH3 Datos: 0,12 g de NH3 700 ml = 0.7 L P.M= 17,031 gr/mol

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1 mol¨* 12 gr/ 17 g/mol= 0,71 mol # Moles NH3 = 0,7 mol Concentración de NH3 M=

0,71 0,7 𝐿

= 1,01 M

PoH= -log -(0,004) PoH= -0,004 PH= 0,068 – 14 = -14,04 HCl 0,12 g de HCl

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 700 ml = 0.7 L P.M= 36, 46 gr/mol 1 mol¨* 12 gr/ 36,46 g/mol= 0,329 mol # Moles NH3 = 0,329 mol Concentración de NH3 M=

0,329 0,7 𝐿

= 0,47 M

PoH= -log -(0,004) PoH= -0,32 PH= 0,32 – 14 = -13,68

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 G. Plantear una reacción química de neutralización para cada molécula 𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑵𝒂𝑶𝑯(𝒂𝒄) → 𝑵𝒂𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐 𝑶(𝑰) Ejercicio 3. En un contenedor se colocan 12,7 gramos de óxido de Nitrógeno (IV) a una temperatura de 30 ºC produciéndose dióxido de nitrógeno, según la siguiente reacción, con una Kp de 0,142 y una presión total de 1,7 atmosfera: N2O4(g) -> NO2(g).

Calcular: a) El grado de disociación. Kp= 0,142 *100 %= 14,2 %

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 b) Las presiones parciales de cada uno de los compuestos en el equilibrio. Mol de Oxido de Nitrógeno IV= 1 mol N2O4 * 12,7 gr/ 90,12 g/mol = 0,14 mol Mol de dióxido de nitrógeno 1 mol N2O4 * 12,7 gr/ 46 g/mol = 0,276 mol XN2O4= N. N2O4/ N. TOTALES = 0,14/ 0,276 + 0,14 = 0,34 XNO2 = N. NO2/ N. TOTALES= 0,276/ 0,14 + 0,276= 0,69 P. N2O4 = XN2O4 * PT = 0,34 * 1,7 Atm = 0,578 atm P. NO2= XNO2 * PT = 0,69 * 1,7 Atm= 1,156 atm

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C) El valor de Kc. 𝑲𝒑 = 𝑲𝑪 (𝑹. 𝑻) = 𝑲𝑪 = 𝑲. 𝑪 =

Ejercicio 4.

𝟎, 𝟏𝟒𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟓𝟕𝟏 = 𝑲. 𝑪 (𝟎, 𝟎𝟖𝟐 ∗ 𝟑𝟎𝟑)

PUNTO D

Consideremos la primera reacción química balanceada: C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 2 C₆H₁₂O₆

𝑲𝑷 (𝑹. 𝑻)

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342 g

18 g

360 g

(datos estequiométricos)

De acuerdo al enunciado, la pureza de la sacarosa es del 89.4%, por lo tanto, de los 100 gramos de sacarosa de dicha pureza, 89.4 gramos son puros. A su vez, hay 100 mL de agua, cuya densidad es de 1 g/mL. Por lo tanto, los 100 mL equivalen a 100 gramos de agua. Cada 342 gramos de sacarosa, se requieren 18 gramos de agua, entonces: 342 g sacarosa ---- 18 g agua 89.4 g sacarosa ---- x = 4.70 g agua

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Como se dispone de más agua de la estequiométricamente necesaria, ésta actúa como reactivo en exceso, y la sacarosa es el reactivo limitante. 342 g sacarosa ---- 360 g glucosa 89.4 g sacarosa ---- x = 94.10 g glucosa Se obtienen 94.10 gramos de glucosa. Segunda reacción química balanceada: C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ 180 g

92 g

88 g

datos estequiométricos

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89.4 g

75% rdto

datos del inciso anterior y del problema

180 g glucosa ---- 92 g etanol 89.4 g glucosa ----- x = 45.69 g etanol → si el rdto fuera del 100% Como el rendimiento es del 75%, 100% rendimiento ---- 45.69 g etanol 75% rendimiento ---- x = 34.27 g etanol Se formarán 34.27 gramos de etanol.

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Para determinar el volumen de CO₂ en CNPT, debemos recordar que un mol de cualquier gas en esas condiciones ocupa 22.4 L, entonces: 180 g glucosa ----- 2 moles CO₂ 89.4 g glucosa ----- x = 0.993 moles CO₂ → si el rdto fuera del 100% Como el rendimiento de la reacción es del 75%, 100% ---- 0.993 moles CO₂ 75% ----- x = 0.745 moles CO₂

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 1 mol ---- 22.4 L 0.745 moles ---- x = 16.7 L El volumen de CO₂ producido en CNTP es de 16.7 litros.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Conclusión La Química es una ciencia teórico experimental no es solo mezclar, y formar sustancias y compuestos, es poder observar la presencia y la formación de cada uno de ellos, y su relevancia en su quehacer diario. La estructura atómica permite saber cómo esta compuestos atómicamente un elemento, cuantos electrones contiene y en qué nivel de energía se encuentran, la nomenclatura permite nombrar dichos compuestos, y el equilibrio químico, igualar una reacción, o saber si niveles de concentración.

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Programa: Ciencias Básicas Curso: Química General Código: 201129 Bibliografía González, M. R. & Montagut, B. P. (2014). Química. (pp. 108-117). México, D.F., MX: Larousse - Grupo Editorial Patria. Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=119&docID=3227909&tm=15325 01051161 Sienko, M. & Plane, R. (2009). Química: principios y aplicaciones. (pp. 33-45). México, D.F., MX: McGraw-Hill Interamericana. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?ppg=46&docID=3194041&tm=1531764 031470