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2.4:

Iones y Cargas Iónicas

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Chemistry
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Ions and Ionic Charges

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Los átomos son partículas neutras con la misma cantidad de protones y electrones. Un elemento se define por el número de protones, el cual no cambia;sin embargo, muchos átomos pueden ganar o perder uno o más electrones para convertirse en una partícula cargada. Cuando un átomo o una molécula gana o pierde electrones, se le llama ion.Dado que los electrones tienen mucha menos masa que los protones, no contribuyen de forma significativa a la masa atómica. Por consiguiente, la masa atómica de un ion es básicamente la misma que la masa atómica del átomo neutro. Cuando los átomos o moléculas pierden electrones, se les llama cationes.Los cationes poseen una carga positiva porque tienen más protones, cuya carga es positiva, que electrones, cuya carga es negativa. A los cationes se les coloca el mismo nombre del elemento precedido de la palabra catión”Un átomo de calcio tiene 20 protones y 20 electrones. Pierde dos electrones para convertirse en un catión calcio con 20 protones y 18 electrones.Como ahora tiene dos cargas positivas más en comparación con las cargas negativas, posee una carga total de 2. El símbolo químico de un ion se escribe como el símbolo químico del átomo con la carga señalada en el superíndice derecho. El símbolo químico de un catión calcio, por lo tanto, se escribe Ca2+Cuando los átomos o moléculas ganan electrones, se les llama aniones.Los aniones tienen carga negativa porque poseen más electrones que protones. Para nombrar a los aniones, se le añade el sufijo uro”al nombre del elemento. Un átomo de flúor tiene 9 protones y 9 electrones.El flúor gana un electrón para convertirse en un fluoruro con 9 protones y 10 electrones. Dado que ahora posee una carga negativa más en comparación con las cargas positivas, tiene una carga total de 1. El símbolo químico del fluoruro se representa como F-Por lo general, el uno se omite en los iones que tienen carga 1 o carga 1.Los átomos pierden o ganan números específicos de electrones cuando forman un ion. Muchas de las cargas de los iones formados por los elementos representativos se pueden predecir usando la tabla periódica. Los metales, que están del lado izquierdo de la tabla periódica, pierden electrones.Los metales alcalinos del grupo 1 pierden un electrón y tienen una carga 1 cuando se transforman en un ion. Los metales alcalinotérreos del grupo 2 pierden dos electrones y tienen una carga 2. Los no metales, que están del lado derecho de la tabla periódica, ganan electrones.Los halógenos del grupo 17 ganan un electrón y tienen una carga 1. Los elementos del grupo 16 ganan dos electrones y tienen una carga 2. Muchos metales de transición pueden formar cationes con distintas cargas.Los gases nobles del grupo 18, por lo general, no forman iones.

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Iones y Cargas Iónicas

En las reacciones químicas ordinarias, el núcleo — que contiene los protones y neutrones de cada átomo y, por lo tanto, identifica al elemento — permanece inalterado. Los electrones, sin embargo, pueden ser agregados a los átomos por transferencia de otros átomos, perdidos por transferencia a otros átomos, o compartidos con otros átomos. La transferencia y el intercambio de electrones entre átomos rigen la química de los elementos. Durante la formación de algunos compuestos, los átomos ganan o pierden electrones para formar partículas cargadas eléctricamente llamadas iones.

Cuando un átomo pierde electrones, forma un ión positivo llamado catión. Los cationes tienen más protones que electrones. Asimismo, cuando un átomo gana electrones, forma un ión negativo llamado anión. Los aniones tienen más electrones que los protones.

La tabla periódica ayuda a predecir si un átomo formará un anión o un catión, y también la carga del ión resultante. Moviéndose de la izquierda a la derecha en la tabla periódica, los átomos de metales del grupo principal pierden suficientes electrones para quedarse con el mismo número de electrones que un átomo del gas noble precedente. Forman cationes con una carga igual al número de grupo. Para ilustrar esto, un átomo de un metal alcalino (Grupo 1) pierde un electrón y forma un catión con una carga de 1+; un metal alcalinotérreo (Grupo 2) pierde dos electrones y forma un catión con una carga de 2+, y así sucesivamente. Por ejemplo, un átomo de calcio neutro, con 20 protones y 20 electrones, pierde fácilmente dos electrones. Esto resulta en un catión con 20 protones, 18 electrones y una carga de 2+. Tiene el mismo número de electrones que los átomos del gas noble precedente, argón, y es simbolizado Ca2+. El nombre de un ión metálico es el mismo que el nombre del átomo metálico del que se forma, por lo que Ca2+ se denomina ión de calcio.

Moviéndose desde el extremo derecho a la izquierda en la tabla periódica,  los átomos de elementos no metálicos generalmente ganan suficientes electrones para darles el mismo número de electrones que un átomo del siguiente gas noble en la tabla periódica. Forman aniones con una carga negativa igual al número de grupos que se han desplazado a la izquierda de los gases nobles. Por ejemplo, los átomos de los elementos del grupo 17 (un grupo a la izquierda de los gases nobles) ganan un electrón y forman aniones con una carga de 1−; los átomos de los elementos del grupo 16 (dos grupos a la izquierda) ganan dos electrones y forman iones con una carga de 2−, y así sucesivamente. Por ejemplo, el átomo de bromo neutro, con 35 protones y 35 electrones, puede ganar un electrón para proporcionarle 36 electrones. Esto resulta en un anión con 35 protones, 36 electrones y una carga de 1−. Tiene el mismo número de electrones que los átomos del siguiente gas noble, el criptón, y es simbolizado por Br.

La tendencia entre la carga del ion y la posición del grupo en la tabla periódica puede ser utilizada como guía en muchos casos. Sin embargo, su valor predictivo disminuye al desplazarse hacia el centro de la tabla periódica. Los metales de transición y algunos otros metales a menudo presentan cargas variables que no son predecibles por su ubicación en la tabla. Por ejemplo, el cobre puede formar iones con una carga de 1+ o 2+, y el hierro puede formar iones con una carga de 2+ o 3+.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 2.6: Compuestos Moleculares e Iónicos.

Suggested Reading

  1. Jensen, William B. "The proper writing of ionic charges." Journal of Chemical Education 89, no. 8 (2012): 1084-1085.
  2. Schmid, Roland. "The Noble Gas Configuration-Not the Driving Force but the Rule of the Game in Chemistry." Journal of chemical education 80, no. 8 (2003): 931.
  3. Gillespie, Ronald J. "Electron densities, atomic charges, and ionic, covalent, and polar bonds." Journal of Chemical Education 78, no. 12 (2001): 1688.