Iones: Cationes y Aniones Por: Cristina Andrade Guevara Recuerda que los átomos tienen tres partículas subatómicas fundamentales: protones, neutrones y electrones. Los elementos químicos tienen diferentes cantidades de dichas partículas dependiendo de su número atómico y de su masa atómica. Pues bien, para explicar de una manera más específica lo referente a los iones tomemos el caso del átomo del berilio, cuyo símbolo es Be y tiene un número atómico de 4 (lo que indica que la cantidad de protones y de electrones también es 4). Por lo tanto, el átomo de berilio está eléctricamente neutro debido a que la cantidad de protones (con carga positiva) y de electrones (con carga negativa) es la misma. Cuando el átomo llega a perder o ganar electrones, deja de ser eléctricamente neutro y se convierte entonces en un ión que puede tener carga positiva o negativa dependiendo si pierde o gana electrones. Pero, por qué se da esa pérdida o ganancia? Porque muchos átomos tienden a ceder o aceptar electrones con la finalidad de llegar a tener el mismo número de electrones que el gas noble más cercano a ellos en la tabla periódica (los gases nobles son los elementos más estables). Ahora bien, si el átomo da, cede o pierde electrones, entonces queda cargado positivamente. Cuántos electrones puede perder un átomo? Puede perder 1, 2 y 3 electrones. Si «pierde» 4 entonces ya los está «compartiendo». Recuerda que ésta pérdida se tiene que apoyar en la regla del octeto (completar ocho electrones), aunque esto puede variar dependiendo del tipo de elemento que se trate y con qué otro elemento se vaya a unir para formar el compuesto. A continuación se encuentra el átomo de litio (Li) que tiene 3 electrones (e - ) representados por círculos verdes. Recuerda que también tiene 3 protones, para mantener su neutralidad. sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización 1 por
Ejemplo Átomo de Li Ión de Li +1 Explicación: Cuando el litio pierde o cede un electrón significa que pierde una carga negativa (1 e - ) y entonces ya no es neutro pues tiene exceso de protones (1 para ser exactos) por eso queda cargado positivamente. A este ión que queda cargado positivamente se le llama catión. El Litio que ha cedido un electrón quedaría representado como catión de la siguiente manera: Li +1 o también Li 1+. Lo importante es indicar que tiene carga positiva uno. Ambas formas de representación son válidas, pero la que vas a usar aquí es la primera. Ahora bien, cuando el átomo llega a ganar, recibir o aceptar electrones, entonces el átomo queda cargado negativamente. Ejemplo Como ejemplo tenemos el átomo de Flúor (F) que tiene 9 electrones en total, los cuales son representados por círculos verdes. sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización 2 por
Explicación: El flúor gana o acepta un electrón, entonces al recibir una carga negativa (1 e - ) ya no es neutro pues tiene exceso de electrones (1 para ser exactos) por eso queda cargado negativamente. A este ión que queda cargado negativamente se le llama anión. El Flúor que ha aceptado un electrón quedaría representado como anión de la siguiente manera: F -1 o también F 1-. Hay elementos que pierden o ganan diferentes cantidades de electrones, Por ejemplo El Calcio (Ca) pierde 2 electrones, por lo que se representa como Ca +2 o el azufre (S) que gana 2 electrones, por lo que se representa S -2. El número de oxidación es de mucha utilidad, pues nos permite conocer la carga real de un ión sin importar de qué elemento se trate. El número de oxidación nos indica la cantidad de electrones que un elemento va a ceder, ganar o compartir cuando va a unirse a otro elemento para formar un compuesto En la tabla periódica se ofrece la información de los números de oxidación los cuales no hay que perder de vista, pues con ellos se va a trabajar. La familia de los alcalinos (I A) tienen solamente un número de oxidación y es +1. La familia de los alcalinos térreos (II A) tienen número de oxidación de +2. Los de la familia III A (térreos) tienen número de oxidación de +3. Los elementos pertenecientes a las familias IV A, V A, VI A, VII A y todos los metales de transición varían en cuanto al número de oxidación. Algunos tienen más de un número, algunos tienen combinación de números positivos y negativos, pues dependiendo del compuesto a formar, actúan como cationes o aniones. La valencia o electrones de valencia son todos los electrones que se encuentran en la capa más externa del átomo de cualquier elemento y son los que le van a permitir interaccionar con otros átomos para formar compuestos. sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización 3 por
Por ejemplo En el caso del átomo de flúor podemos ver que en su última capa u orbital, tiene 7 electrones. Por lo tanto, los electrones de valencia del este elemento son 7. En este caso el ión flúor ha aceptado un electrón (señalado con flecha roja para este ejemplo). O lo que es lo mismo, ha ganado un electrón. Por lo tanto, el número de oxidación de este elemento es +1. Dado lo anterior, podemos reafirmar que el número de oxidación del flúor es +1 ya que fue el electrón que aceptó. Quizá te preguntarás por qué no cedió los 7 electrones que ya tenía? Porque es más fácil para un átomo (en este caso el flúor) aceptar un electrón que dejar ir 7 electrones. Es importante mencionar que en la tabla periódica puedes encontrar el número de oxidación de cualquier elemento químico. Sin embargo, debes tener cuidado ya que algunas tablas periódicas manejan el concepto de valencia como si fuera el de número de oxidación. Aún cuando los valores son los mismos, tú sabes que son conceptos diferentes. Por eso es recomendable que utilices la tabla periódica que se te ofrece en el curso. Ejemplo de números de oxidación De acuerdo a los valores que se encuentran en la tabla periódica interactiva del curso, revisa los datos que están escritos en el siguiente cuadro y corrobora si corresponden. Elemento No. De oxidación Sodio +1 Calcio +2 Aluminio +3 Oxígeno -2 Flúor -1 Argón 0 Bromo +-1, 3, 5,7. sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización 4 por
Como puedes darte cuenta, el número de oxidación del Argón es cero. Por qué? Porque todos sus orbitales están llenos con la máxima cantidad de electrones que cada uno de ellos puede tener, por lo que es difícil que cualquier átomo de gas noble pueda ceder o aceptar electrones. Recuerda que los gases nobles son los elementos más estables de la tabla periódica. Ejemplos de electrones de valencia Corrobora los electrones de valencia de cada uno de los elementos químicos que se te piden, utiliza tu tabla periódica interactiva. Elemento Grupo al que pertenecen Electrones de valencia VII A 7 III A 3 VI A 6 V A 5 VI A 6 I B 1 VI B 6 Debes considerar que en algunas ocasiones los electrones de valencia no concuerdan con el grupo en donde se ubican los elementos. La razón es que los elementos tienden a acomodar sus electrones de acuerdo a la configuración electrónica del gas noble que se encuentre más cerca a ellos. sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización 5 por
Ejemplo de cambio en el acomodo de electrones Como puedes ver el átomo de manganeso tiene un número atómico de 25 que corresponde a la cantidad de electrones. Estos deberían ir acomodados como lo muestra la figura 1 de acuerdo a la configuración electrónica, por lo que sus electrones de valencia deberían ser dos. Sin embargo el manganeso se encuentra en el grupo VII B y sus electrones de valencia deberían ser 7. Qué sucede? Figura 1. Acomodo de electrones del manganeso. Se tiene que realizar un acomodo de electrones de acuerdo al que tiene el gas noble que esté más cercano a él. Si revisas la tabla periódica, se encuentra más cercano del argón (por el número atómico) que del criptón, vamos a tratar de acomodar los electrones para que quede parecido al del argón. Figura 2. Acomodo de electrones en el argón. En este caso el manganeso (ver figura 3) no puede tener 13 e - en el tercer orbital, y como no alcanza a completar 18 e -, entonces se baja al siguiente número que es 8 y el resto de los electrones (7 e - ) se pasan al último orbital. Por lo tanto, podemos decir con este nuevo acomodo, los electrones de valencia del manganeso son 7, justo como el grupo (VII B) donde pertenece. Figura 3. Nuevo acomodo de electrones del manganeso, semejando el acomodo del argón. Los electrones de valencia te sirven para realizar la estructura de Lewis. En este caso la estructura de Lewis del manganeso quedaría: sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización 6 por
El reacomodo que se lleva a cabo un elemento para lograr la configuración del gas noble correspondiente, requiere de mucho dominio además del conocimiento puntual de las reglas para la configuración electrónica. Todo esto es fundamental cuando desean realizarse estudios relacionados a la química. Bibilografía Brown, T., Woodward, P. y Enríquez, L. (2009). Química: la ciencia central. México: Pearson Educación. sistema impreso, electrónico, magnético, incluyendo el fotocopiado, la fotografía, la grabación o un sistema de recuperación de la información, sin la autorización 7 por