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La Importancia de la Relación de la Química con Otras Ciencias y Cómo Influye en la Vida Cotidiana

La química, como ciencia central, se entrelaza de manera fundamental con numerosas otras disciplinas científicas, enriqueciendo nuestra comprensión del mundo y permeando casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana.

Relación con Otras Ciencias:

* Biología: La bioquímica estudia los procesos químicos que ocurren en los seres vivos, desde el metabolismo celular hasta la genética. Entender las reacciones químicas es crucial para comprender la vida misma.

* Física: La fisicoquímica aplica los principios de la física para estudiar los sistemas químicos, incluyendo la termodinámica, la cinética y la mecánica cuántica a nivel molecular.

* Geología: La geoquímica examina la composición química de la Tierra, sus rocas, minerales y la atmósfera, ayudando a entender procesos geológicos y la formación de recursos naturales.

* Medicina: La química farmacéutica se encarga del diseño, síntesis y estudio de fármacos. La química clínica analiza muestras biológicas para el diagnóstico y seguimiento de enfermedades.

* Agricultura: La agroquímica estudia los procesos químicos relacionados con la producción agrícola, incluyendo fertilizantes, pesticidas y la química del suelo.

* Ciencia de los Materiales: La química es esencial para el desarrollo y la síntesis de nuevos materiales con propiedades específicas, desde plásticos y cerámicas hasta semiconductores y nanomateriales.

* Ingeniería: Diversas ramas de la ingeniería, como la química, la ambiental y la de materiales, dependen profundamente de los principios químicos para el diseño y la operación de procesos industriales y tecnológicos.

* Ciencias Ambientales: La química ambiental estudia los procesos químicos que ocurren en el medio ambiente, la contaminación y las estrategias para su remediación.

* Arqueología y Paleontología: La química se utiliza para la datación de artefactos y fósiles (radiocarbono), el análisis de materiales antiguos y la comprensión de la composición de restos orgánicos.

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Cambios Físicos y Químicos de la Materia, Estados de Agregación y Energía

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Cambios Físicos y Químicos de la Materia, Estados de Agregación y Energía

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La materia puede experimentar dos tipos principales de cambios: físicos y químicos. Estos cambios a menudo están relacionados con los estados de agregación de la materia y las transferencias de energía.

Cambios Físicos:

Son aquellos en los que la composición de la sustancia no se altera. Se modifican propiedades como la forma, el tamaño, el estado de agregación, la temperatura o la presión.

* Ejemplos:

* Fusión del hielo (sólido a líquido).

* Ebullición del agua (líquido a gas).

* Condensación del vapor de agua (gas a líquido).

* Sublimación del yodo (sólido a gas).

* Disolución de azúcar en agua (cambio de apariencia, pero el azúcar sigue siendo azúcar).

* Romper un vidrio (cambio de forma y tamaño).

Cambios Químicos:

También conocidos como reacciones químicas, implican la formación de nuevas sustancias con propiedades diferentes a las originales. Se rompen y se forman enlaces químicos.

* Evidencias de un cambio químico:

* Liberación o absorción de calor (cambio de temperatura).

* Producción de un gas (burbujeo).

* Formación de un precipitado (sólido insoluble que se separa de una solución).

* Cambio de color.

* Emisión de luz.

* Cambio de olor.

* Ejemplos:

* Combustión de la madera (reacción con el oxígeno para formar cenizas, dióxido de carbono y agua).

* Oxidación del hierro (formación de óxido de hierro o herrumbre).

* Reacción de un ácido con una base (neutralización).

* Cocinar un huevo (desnaturalización de proteínas).

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A lo largo de la historia, diversos científicos propusieron teorías y modelos para describir la estructura del átomo:

* Dalton (Principios de la Teoría Atómica, alrededor de 1803):

* La materia está compuesta por partículas indivisibles llamadas átomos.

* Todos los átomos de un elemento dado son idénticos en masa y propiedades.

* Los compuestos están formados por la combinación de dos o más tipos diferentes de átomos en proporciones definidas.

* Una reacción química implica la reorganización de átomos. Los átomos no se crean ni se destruyen.

* Limitaciones: No explicaba la estructura interna del átomo ni la existencia de isótopos.

* Thomson (Modelo del "Budín de Pasas", 1904):

* Descubrió el electrón como una partícula subatómica con carga negativa.

* Propuso que el átomo era una esfera uniforme de carga positiva en la que estaban incrustados los electrones negativos, de manera similar a las pasas en un budín.

* Limitaciones: No explicaba la dispersión de partículas alfa observada por Rutherford.

* Rutherford (Modelo Nuclear, 1911):

* A través del experimento de la lámina de oro, demostró que la mayor parte de la masa y toda la carga positiva del átomo se concentran en un núcleo pequeño y denso.

* Los electrones orbitan alrededor del núcleo, ocupando la mayor parte del volumen del átomo.

* El átomo es principalmente espacio vacío.

* Limitaciones: No explicaba la estabilidad de los electrones en órbita (según la física clásica, deberían emitir radiación y colapsar en el núcleo) ni los espectros atómicos discretos.

* Bohr (Modelo Planetario Cuantizado, 1913):

* Incorporó la teoría cuántica de Planck.

* Propuso que los electrones solo pueden existir en órbitas específicas con niveles de energía definidos (cuantizados).

* Los electrones pueden saltar entre estas órbitas absorbiendo o emitiendo energía en forma de fotones con energías específicas, lo que explica los espectros atómicos.

* Limitaciones: Funcionaba bien para el átomo de hidrógeno, pero tenía dificultades para explicar los espectros de átomos más complejos. No explicaba la naturaleza ondulatoria del electrón.

* De Broglie (Dualidad Onda-Partícula, 1924):

* Propuso que todas las partículas de materia tienen propiedades ondulatorias, además de sus propiedades corpusculares.

* La longitud de onda asociada a una partícula está dada por la ecuación: \lambda = \frac{h}{p}, donde \lambda es la longitud de onda, h es la constante de Planck y p es el momento lineal de la partícula.

* Heisenberg (Principio de Incertidumbre, 1927):

* Estableció que es imposible conocer con precisión simultáneamente ciertas parejas de magnitudes físicas de una partícula, como la posición y el momento lineal.

* Matemáticamente, para la posición (x) y el momento (p): donde \Delta x y \Delta p son las incertidumbres en la posición y el momento, respectivamente.

* Schrödinger (Modelo Mecánico Cuántico, 1926):

* Desarrolló la ecuación de Schrödinger, una ecuación fundamental de la mecánica cuántica que describe el comportamiento ondulatorio de las partículas subatómicas, especialmente los electrones en los átomos.

* Las soluciones de la ecuación de Schrödinger son funciones de onda (\psi), cuyo cuadrado (|\psi|^2) representa la probabilidad de encontrar un electrón en una región específica del espacio (orbital atómico).

* El modelo atómico moderno describe a los electrones en términos de orbitales, regiones de probabilidad alrededor del núcleo donde es más probable encontrar un electrón con una energía específica.

Posibles Fuentes Bibliográficas:

* Atkins, P., & Friedman, R. (2010). Molecular Quantum Mechanics (5ª ed.). Oxford University Press.

* Griffiths, D. J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2ª ed.). Pearson Prentice Hall.

* Pais, A. (1986). Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical World. Oxford University Press. (Ofrece una perspectiva histórica del desarrollo de la física atómica y cuántica).

* Gamow, G. (1966). Thirty Years That Shook Physics: The Story of Quantum Theory. Dover Publications. (Una narración accesible de la historia de la mecánica cuántica).

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La radiactividad es el fenómeno por el cual ciertos núcleos atómicos inestables emiten espontáneamente partículas o radiación para alcanzar una configuración más estable. Las principales subpartículas o tipos de radiación emitidos son:

* Partículas Alfa (\alpha):

* Consisten en un núcleo de helio, compuesto por 2 protones y 2 neutrones

* Tienen carga positiva (+2) y una masa relativamente grande.

* Son poco penetrantes y pueden ser detenidas por una hoja de papel o la piel humana.

* Partículas Beta (\beta):

* Son electrones de alta energía emitidos por el núcleo cuando un neutrón se convierte en un protón y un electrón.

* Tienen carga negativa (-1) y una masa mucho menor que las partículas alfa.

* Son más penetrantes que las partículas alfa y pueden ser detenidas por una lámina de aluminio.

* También existe la emisión de positrones que son antipartículas de los electrones (misma masa, carga positiva). Esto ocurre cuando un protón se convierte en un neutrón y un positrón.

* Ejemplo de desintegración beta negativa: electrónico)

* Ejemplo de desintegración beta positiva: es un neutrino electrónico)

* Rayos Gamma (\gamma):

* Son radiación electromagnética de alta energía (fotones de alta frecuencia).

* No tienen masa ni carga.

* Son muy penetrantes y requieren materiales densos como el plomo o el hormigón grueso para su blindaje.

* A menudo acompañan a la emisión de partículas alfa o beta, representando la liberación de energía excedente del núcleo hijo.

Posibles Fuentes Bibliográficas:

* Krane, K. S. (1987). Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons.

* Lilley, J. S. (2001). Nuclear Physics: Principles and Applications. John Wiley & Sons.

* Ehmann, W. D., & Vance, D. E. (1991). Radiochemistry and Nuclear Methods of Analysis. John Wiley & Sons.

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Energía Nuclear: Usos, Aplicaciones, Ventajas y Desventajas

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Energía Nuclear: Usos, Aplicaciones, Ventajas y Desventajas

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La energía nuclear es la energía liberada durante las reacciones nucleares, ya sea la fisión (división) de núcleos pesados o la fusión (unión) de núcleos ligeros.

Usos y Aplicaciones:

* Generación de Electricidad: La aplicación más común es en centrales nucleares, donde la fisión controlada de uranio o plutonio genera calor, que se utiliza para producir vapor y mover turbinas conectadas a generadores eléctricos.

* Propulsión Naval: Submarinos y portaaviones nucleares utilizan reactores nucleares para obtener una fuente de energía de larga duración.

* Medicina:

* Radioterapia: Uso de radiación gamma (cobalto-60) o partículas beta para destruir células cancerosas.

* Diagnóstico: Uso de radioisótopos como trazadores para obtener imágenes de órganos y estudiar funciones fisiológicas (ej., yodo-131 para la tiroides, tecnecio-99m para diversos estudios).

* Esterilización: Radiación gamma para esterilizar equipos médicos y productos farmacéuticos.

* Industria:

* Gammagrafía industrial: Uso de fuentes radiactivas para inspeccionar soldaduras, tuberías y estructuras en busca de defectos.

* Medición de espesor y densidad: Control de calidad en procesos industriales.

* Datación: Radiocarbono (carbono-14) para datar materiales orgánicos antiguos.

* Investigación Científica: Estudio de la estructura nuclear, física de partículas y desarrollo de nuevas tecnologías.

* Armamento: Desarrollo de armas nucleares (fisión y fusión).

Ventajas:

* Alta densidad de energía: Una pequeña cantidad de combustible nuclear puede generar una gran cantidad de energía.

* Bajas emisiones de gases de efecto invernadero (en operación): Las centrales nucleares no emiten dióxido

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La tabla periódica es una organización sistemática de los elementos químicos basada en sus propiedades físicas y químicas. Presenta diversas clasificaciones:

1. Por Número Atómico (Z):

* Los elementos están ordenados en filas horizontales (periodos) en orden creciente de su número atómico, que representa el número de protones en el núcleo de un átomo del elemento.

2. Por Configuración Electrónica y Bloques:

* La tabla se divide en bloques (s, p, d, f) que corresponden al último subnivel de energía que se está llenando con electrones.

* Bloque s: Grupos 1 y 2 (metales alcalinos y alcalinotérreos) y el helio.

* Bloque p: Grupos 13 al 18 (boroideos, carbonoideos, nitrogenoideos, calcógenos, halógenos y gases nobles).

* Bloque d: Grupos 3 al 12 (metales de transición).

* Bloque f: Lantánidos y actínidos (elementos de transición interna), ubicados generalmente debajo del cuerpo principal de la tabla.

3. Por Propiedades Químicas y Grupos (Familias):

* Las columnas verticales (grupos o familias) contienen elementos con propiedades químicas similares debido a que tienen la misma cantidad de electrones de valencia (electrones en la capa electrónica más externa). Algunos grupos importantes son:

* Grupo 1 (IA): Metales Alcalinos (excepto el hidrógeno): Son metales blandos, muy reactivos, reaccionan vigorosamente con el agua formando hidróxidos alcalinos.

* Grupo 2 (IIA): Metales Alcalinotérreos: Son metales reactivos, aunque menos que los alcalinos. Forman compuestos iónicos.

* Grupo 17 (VIIA): Halógenos: Son no metales muy reactivos, existen como moléculas diatómicas (F_2, Cl_2, Br_2, I_2). Forman sales con los metales.

* Grupo 18 (VIIIA): Gases Nobles: Son gases monoatómicos muy poco reactivos (inertes) debido a su configuración electrónica completa.

* Grupos 3-12 (Metales de Transición): Son metales con propiedades variadas, muchos de ellos forman compuestos coloreados y tienen múltiples estados de oxidación.

* Lantánidos y Actínidos (Tierras Raras): Dos series de elementos que se ubican aparte, con propiedades químicas similares dentro de cada serie. Muchos actínidos son radiactivos.

4. Por Tipo de Elemento:

* Metales: Generalmente son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio), tienen brillo metálico, son buenos conductores del calor y la electricidad, son maleables y dúctiles. Se ubican principalmente a la izquierda y al centro de la tabla.

* No Metales: Pueden ser sólidos, líquidos o gases a temperatura ambiente, no tienen brillo metálico, son malos conductores del calor y la electricidad (excepto el grafito), y son quebradizos en estado sólido. Se ubican principalmente a la derecha de la tabla.

* Metaloides o Semimetales: Tienen propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Algunos son semiconductores importantes en la electrónica (ej., silicio y germanio). Se ubican a lo largo de la línea diagonal que separa los metales de los no metales.

Enlaces Químicos

Los enlaces químicos son las fuerzas de atracción que mantienen unidos a los átomos, iones o moléculas para formar entidades químicas más grandes y estables. Los principales tipos de enlaces son:

* Enlace Iónico:

* Se forma por la transferencia de electrones entre átomos con electronegatividades muy diferentes (generalmente entre un metal y un no metal).

* Un átomo pierde electrones y se convierte en un catión (ión positivo), mientras que el otro gana electrones y se convierte en un anión (ión negativo).

* La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta es lo que mantiene el enlace.

* Los compuestos iónicos suelen formar redes cristalinas sólidas a temperatura ambiente, tienen altos puntos de fusión y ebullición, y son buenos conductores de la electricidad cuando están fundidos o disueltos en agua.

* Ejemplos: Cloruro de sodio (NaCl), óxido de magnesio (MgO).

* Enlace Covalente:

* Se forma por el compartimiento de uno o más pares de electrones entre átomos con electronegatividades similares (generalmente entre no metales).

* Los electrones compartidos son atraídos por los núcleos de ambos átomos, manteniendo la molécula unida.

* Los enlaces covalentes pueden ser simples (un par de electrones compartidos), dobles (dos pares) o triples (tres pares).

* Las moléculas con enlaces covalentes pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas a temperatura ambiente, tienen puntos de fusión y ebullición variables, y generalmente son malos conductores de la electricidad.

* Ejemplos: Agua (H_2O), dióxido de carbono (CO_2), metano (CH_4).

* Enlace Metálico:

* Se presenta en los metales y sus aleaciones.

* Los átomos metálicos liberan sus electrones de valencia, formando una "nube" o de electrones deslocalizados que se mueven libremente a través de una red de iones metálicos positivos.

* La atracción entre los iones positivos y la nube de electrones negativos es lo que mantiene unido al metal.

* Los metales son buenos conductores del calor y la electricidad, son maleables y dúctiles debido a la movilidad de los electrones.

* Ejemplos: Cobre (Cu), hierro (Fe), latón (aleación de cobre y zinc).

Fuerzas Intermoleculares:

Aunque no son enlaces químicos propiamente dichos (ya que no unen átomos dentro de una molécula), las fuerzas intermoleculares son atracciones débiles entre moléculas que influyen en las propiedades físicas de las sustancias moleculares (puntos de fusión y ebullición, viscosidad, etc.). Las principales son:

* Fuerzas de Van der Waals:

* Fuerzas de London o de dispersión: Presentes en todas las moléculas, resultan de fluctuaciones temporales en la distribución de electrones que crean dipolos instantáneos.

* Fuerzas dipolo-dipolo: Se dan entre moléculas polares (que tienen un momento dipolar permanente debido a la diferencia de electronegatividad entre sus átomos).

* Puentes de hidrógeno: Un tipo especial de interacción dipolo-dipolo particularmente fuerte que ocurre cuando un átomo de hidrógeno está unido a un átomo muy electronegativo y pequeño como el flúor (F), el oxígeno (O) o el nitrógeno (N), y es atraído por otro átomo electronegativo con pares de electrones libres

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Clasificación de los Compuestos Químicos

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Clasificación de los Compuestos Químicos

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Los compuestos químicos se pueden clasificar de diversas maneras según su composición y propiedades:

1. Según su Origen:

* Compuestos Inorgánicos: Generalmente no contienen carbono como elemento principal (aunque hay excepciones como los óxidos de carbono, los carbonatos y los cianuros). Incluyen minerales, metales, sales, ácidos y bases.

* Compuestos Orgánicos: Contienen carbono como elemento principal, generalmente unido a hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos. Son la base de la vida y constituyen la mayoría de los compuestos conocidos.

2. Según su Función Química (para compuestos inorgánicos):

* Óxidos: Contienen oxígeno combinado con otro elemento. Pueden ser óxidos metálicos (básicos) u óxidos no metálicos (ácidos).

* Hidróxidos (Bases): Contienen el ion hidróxido (OH^-) y un metal.

* Ácidos: Sustancias que liberan iones hidrógeno (H^+) en solución acuosa (ácidos de Arrhenius) o aceptan pares de electrones (ácidos de Lewis). Pueden ser hidrácidos (sin oxígeno) u oxácidos (con oxígeno).

* Sales: Compuestos iónicos formados por la reacción entre un ácido y una base. Pueden ser sales neutras, ácidas o básicas.

* Hidruros: Contienen hidrógeno combinado con otro elemento. Pueden ser hidruros metálicos, covalentes o iónicos.

3. Según el Número de Elementos que los Forman:

* Compuestos Binarios: Formados por dos elementos diferentes (ej., NaCl, H_2O).

* Compuestos Ternarios: Formados por tres elementos diferentes (ej., H_2SO_4, NaHCO_3).

* Compuestos Cuaternarios: Formados por cuatro elementos diferentes (ej., NH_4NO_3).

4. Según el Tipo de Enlace Predominante:

* Compuestos Iónicos: Formados principalmente por enlaces iónicos (ej., sales, óxidos metálicos).

* Compuestos Covalentes o Moleculares: Formados principalmente por enlaces covalentes (ej., la mayoría de los compuestos orgánicos, algunos compuestos inorgánicos como el agua y el dióxido de carbono).

* Compuestos Metálicos: Formados por enlaces metálicos (metales y aleaciones).

5. Clasificación de Compuestos Orgánicos (según su estructura y grupos funcionales):

* Hidrocarburos: Compuestos formados solo por carbono e hidrógeno (alcanos, alquenos, alquinos, aromáticos).

* Compuestos Oxigenados: Contienen carbono, hidrógeno y oxígeno (alcoholes, éteres, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres).

* Compuestos Nitrogenados: Contienen carbono, hidrógeno y nitrógeno (aminas, amidas, nitrilos).

* Y muchos otros grupos funcionales que definen las propiedades químicas de los compuestos orgánicos.

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CONCLUSIÓN  Rivaldo del Rosal Huerta 2230175

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CONCLUSIÓN  Rivaldo del Rosal Huerta 2230175

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Este mural nos ayudó a recopilar todo lo visto y aprendido durante el semestre y nos ayuda a tener la información vista más resumida pero con la información suficiente para apréndelo fácil y rápidamente

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CONCLUSIÓN Nelly Gabriela Castillo Báez 2262902

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CONCLUSIÓN Nelly Gabriela Castillo Báez 2262902

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Este mural digital representa una síntesis del conocimiento adquirido sobre los fundamentos de la química y su impacto en nuestro entorno. A lo largo de esta experiencia, comprendimos que la química no es una ciencia aislada, sino una herramienta que nos permite entender los fenómenos de la vida diaria, desde los cambios físicos y químicos en la materia hasta la estructura del átomo y la producción de energías más limpias y sostenibles, temas como los modelos atómicos, la radiactividad y las fuentes de energía alternativa nos mostraron cómo la ciencia evoluciona constantemente y cómo sus descubrimientos transforman la manera en la que vivimos, consumimos y cuidamos nuestro planeta. Además, reconocer la química en lo cotidiano como en los alimentos, medicamentos o productos de limpieza nos permite tomar decisiones más informadas y responsables.

Este proyecto fortaleció nuestras habilidades para investigar, trabajar en equipo y expresar ideas de forma visual y clara. El trabajo colaborativo fue clave para integrar diferentes perspectivas y conocimientos, y el mural nos permitió compartir lo aprendido de una manera creativa y accesible

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me parece que esta actividad fue muy práctica, ya que juntamos toda la información en un mural, y así podemos apreciar la mejor y entenderle con más facilidad a estos temas de los que se habla en el trabajo

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El mural es una representación visual impactante que fusiona arte y ciencia. Al plasmar conceptos complejos de manera accesible y atractiva, este mural no solo educa y sensibiliza al público sobre la estructura de la materia y las aplicaciones de la energía nuclear, sino que también destaca la importancia de la investigación científica y la innovación en nuestra sociedad. Es un recordatorio visual de cómo el arte y la ciencia pueden converger para inspirar curiosidad y promover el conocimiento.

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Este mural nos ayudó, fue una gran manera de comprender la información, pues es muy interactivo y visual. Fortaleció nuestras habilidades para investigar, trabajar en equipo. Este mural es una gran representación.

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Química General:

* Chang, R., & Goldsby, K. A. (2017). Química (13ª ed.). McGraw-Hill Education.

* Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., & Stoltzfus, M. W. (2014). Química: La ciencia central (13ª ed.). Pearson Educación.

* Petrucci, R. H., Harwood, W. S., Herring, F. G., & Madura, J. D. (2011). Química general: Principios y aplicaciones modernas (10ª ed.). Pearson Educación.

* Ebbing, D. D., & Gammon, S. D. (2010). Química general (9ª ed.). Cengage Learning.

* Whitten, K. W., Davis, R. E., Peck, M. L., & Stanley, G. G. (2010). Química (9ª ed.). Cengage Learning.

* Química Inorgánica:

* Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Inorganic Chemistry (5ª ed.). Pearson Education.

* Shriver, D. F., Atkins, P. W., & Overton, T. L. (2010). Shriver & Atkins' Inorganic Chemistry (5ª ed.). W. H. Freeman.

* Química Orgánica:

* Vollhardt, K. P. C., & Schore, N. E. (2018). Organic Chemistry: Structure and Function (8ª ed.). W. H. Freeman.

* Paula Yurkanis Bruice. (2017). Química Orgánica (8ª ed.). Pearson Educación.

* Fisicoquímica y Química Cuántica (para la teoría atómica):

* Atkins, P., & de Paula, J. (2010). Atkins' Physical Chemistry (9ª ed.). Oxford University Press.

* Atkins, P., & Friedman, R. (2010). Molecular Quantum Mechanics (5ª ed.). Oxford University Press.

* Física Nuclear (para radiactividad y energía nuclear):

* Krane, K. S. (1987). Introductory Nuclear Physics. John Wiley & Sons.

* Lilley, J. S. (2001). Nuclear Physics: Principles and Applications. John Wiley & Sons.