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Así que, sin más preámbulos, ¡vamos a sumergirnos en las cargas de los compuestos iónicos!
- En primer lugar, hablaremos de los compuestos iónicos y de la energía de ionización.
- Después, hablaremos de la carga iónica.
- Después, exploraremos las tendencias de la carga iónica en la tabla periódica y haremos un gráfico que muestre los iones más comunes de metales y no metales.
- Por último, veremos algunas cuestiones relacionadas con la carga iónica.
Tendencias de la carga iónica y la energía de ionización
Para poder entender qué es la carga iónica y sus tendencias, repasemos los conceptos básicos de los iones y los compuestosiónicos.
En química, un compuesto iónico es un compuesto formado por la reacción entre un metal y un no metal.
Los sólidos iónicos tienen una estructura interesante: están formados poriones negativos e iones positivos alternados , unidos por un enlace iónico. Esta disposición se denomina estructura reticular.
Por ejemplo, el cloruro potásico (KCl) es un compuesto iónico formado a partir de una reacción química entre el potasio (K) y el cloro (Cl). La estructura reticular del KCl está formada por un patrón repetitivo de iones potasio (K+) y cloruro (Cl-).
$$ \text{Reacción equilibrada: {text{2 K + Cl}_{2} {text{ }longrightarrow \text{ 2 KCl } $$
Figura 1. Estructura reticular del KCl - Isadora Santos, StudySmarter Originals.
Hay varias características asociadas a los compuestos iónicos y a su estructura reticular:
- Como se necesita mucha energía para vencer la atracción entre los iones, los compuestos iónicos tienen puntos de fusión elevados.
- Los compuestos iónicos sólidos son incapaces de conducir la electricidad. Sólo los sólidos iónicos disueltos en agua o fundidos pueden conducir la electricidad.
- Los sólidos iónicos son cristalinos.
Recuerda que, en el enlace iónico, los electrones de valencia de un metal se transfieren al no metal. En el caso del cloruro potásico (KCl), los átomos de potasio (K) pierden electrones, mientras que el cloro gana electrones.
Ahora bien, cuando se produce esta transferencia de electrones, ¡se forman iones !
- La pérdida de un electrón en un átomo metálico da lugar a la formación de un ion cargado positivamente, también llamado catión.
- Cuando un átomo no metálico gana un electrón, se convierte en un ion cargado negativamente, conocido como anión.
En el enlace iónico, los iones se forman cuando los átomos ganan o pierden electrones.
Pero, ¿por qué los átomos metálicos pierden fácilmente sus electrones de valencia? Tiene que ver con su energía de ionización. ¡Los metales tienen energías de ionización bajas y, por tanto, pierden sus electrones de valencia para formar iones positivos con la misma configuración electrónica que su gas noble más cercano!
¡La razón por la que los elementos quieren ganar o deshacerse de sus electrones de valencia y ser como un gas noble tiene que ver con la estabilidad! Los gases nobles son muy estables porque poseen una capa exterior completa que contiene 8 electrones de valencia, que es el número máximo de electrones de valencia que puede contener su capa exterior.
El helio es la excepción, ya que su capa exterior sólo puede contener 2 electrones de valencia. Por tanto, especies como el litio perderán electrones para tener 2 electrones de valencia.
Así pues, los elementos querrán ganar/perder electrones para conseguir una capa exterior completa como la de los gases nobles, ¡y ser más estables!
En química, se denomina energía de ionización (EI ) a la cantidad de energía necesaria para eliminar uno o más electrones de un átomo neutro.
Por ejemplo, cuando un átomo de sodio (Na) pierde un electrón de valencia para convertirse en un ion de sodio (Na+), su configuración electrónica se convierte en la del neón (Ne).
Por otra parte, los no metales tienen energías de ionización elevadas, y ganan uno o más electrones para alcanzar una configuración electrónica estable.
La tendencia de la energía de ionización es que ésta disminuye hacia abajo en un grupo, y aumenta de izquierda a derecha.
Tendencias del significado de la carga iónica
Ahora que sabemos qué son los iones, ¡vamos a sumergirnos en las cargas iónicas y sus tendencias! Cuando un átomo se convierte en un ion positivo o negativo, adquiere una determinada carga conocida como carga iónica.
La cargaiónica es la carga específica que adquiere un átomo después de haber perdido/ganado electrones de valencia.
Por ejemplo, cuando el cloruro sódico (NaCl) se disuelve en agua, se separa en iones sodio e iones cloruro.
- El ion sodio tiene una carga de +1, mientras que el ion cloruro tiene una carga iónica de -1.
Tendencias de la carga iónica: Tabla periódica
Exploremos ahora las tendencias de las cargas iónicas en la tabla periódica. La tendencia general de la carga iónica en los compuestos iónicos es la siguiente:
- Los elementos del grupo 1 (metales alcalinos) perderán un electrón de valencia para formar iones con carga +1
- En el grupo 2 (metales alcalinotérreos), se pierden dos electrones de valencia para formar iones +2.
- Los elementos de los grupos 3 a 12 poseen cargas iónicas variables.
- Los elementos del grupo 13 tienen iones con carga +3 porque pierden tres electrones.
- Los no metales del grupo 14 no suelen formar iones. Sin embargo, los metales Sn y Pb tienden a perder electrones para formar iones con carga positiva.
- Los elementos del grupo 15 ganarán tres electrones para formar iones con carga -3.
- Los elementos del grupo 16 ganarán dos electrones para formar iones con carga -2. Por ejemplo, el oxígeno del grupo 16 ganará dos electrones para formar un ión oxígeno con carga -2.
- Los elementos del grupo 17 ganarán un electrón para formar iones con una carga iónica de -1.
La siguiente tabla periódica muestra las cargas iónicas de los distintos elementos de la tabla periódica.
¿Sabías que hay muchos iones que son muy importantes para nuestro cuerpo? Estos iones desempeñan un papel vital en distintas funciones fisiológicas y metabólicas. Por ejemplo, el ion sodio (Na+) ayuda a regular y controlar los fluidos corporales, los iones potasio (K+) ayudan a regular los fluidos corporales y las funciones celulares, los iones calcio (Ca2+) son importantes en la contracción muscular, ¡mientras que los iones magnesio (Mg2+) son esenciales para ciertas enzimas, los músculos y el control nervioso!
Tendencias periódicas: Radio iónico
Cuando un átomo neutro gana o pierde electrones, su radio cambia de tamaño. Por ejemplo, cuando el Litio pierde un electrón para formar el ion Li+, su radio cambia de 145 pm a 76pm.
En la tabla periódica, la tendencia general del radio iónico es la siguiente: los iones cargados positivamente (cationes) tienden a tener un radio menor en comparación con sus átomos progenitores, mientras que los iones cargados negativamente (aniones) tienden a ser mayores que sus átomos progenitores.
Esta diferencia de tamaño atómico e iónico se debe principalmente a los electrones que se añaden o se quitan para formar los iones. Cuando un átomo pierde electrones para formar un catión, su masa iónica resultante es menor. En cambio, cuando un átomo gana electrones de más para formar un anión, su masa iónica resultante es mayor.
Tendencias de la tabla de cargas iónicas
Para visualizar los iones y sus cargas, vamos a hacer un gráfico que muestre las cargas iónicas de algunos iones metálicos y no metálicos comunes.
| Grupo Número | Catión | Carga | Número de grupo | Anión | Carga |
| 1 (1A) | $$\text{Li}^{+}$$ | +1 | 15 (5A) | $$\text{N}^{3}$$ | -3 |
| $$\text{Na}^{+}$$ | +1 | $$\text{P}^{3-}$$ | -3 | ||
| $$\text{K}^{+}$$ | +1 | 16 (6A) | $$\text{O}^{2}$$ | -2 | |
| 2 (2A) | $$\text{Mg}^{2+} $$ | +2 | $$\text{S}^{2-} $$ | -2 | |
| $$\text{Ca}^{2+} $$ | +2 | 17 (7A) | $$\texto{F}^-} $$ | -1 | |
| $$\text{Ba}^{2+} $$ | +2 | $$\text{Cl}^{-} $$ | -1 | ||
| 3 (3A) | $$\text{Al}^{3+} $$ | +3 | $$\text{Br}^-} $$ | -1 | |
| $$\text{I}^-} $$ | -1 |
¡Veamos un problema!
Indica el número de protones y electrones del S2-.
Este problema nos pide que averigüemos el número de protones y electrones que tiene el ion azufre S2-. Lo primero que tenemos que hacer es mirar el número atómico del azufre (S) en la tabla periódica. Según la tabla periódica, el azufre tiene un número atómico de 16, lo que significa que tiene 16 protones y, por tanto, 16 electrones.
Para convertirse en un ion de azufre con una carga de -2, el azufre necesita ganar 2 electrones. Por tanto, podemos decir que el ion azufre (S2-) contiene 16 protones y 18 electrones
Recuerda: El número atómico de un elemento es su número de protones. Los electrones equivalen al número de protones en los átomos neutros.
Tendencias de las preguntas sobre carga iónica
Para terminar, veamos algunas preguntas sobre la carga iónica.
Pregunta 1: ¿Cuántos electrones necesita ganar/perder el estroncio (Sr) para formar un ion?
El primer paso es mirar la tabla periódica para ver en qué grupo se encuentra el estroncio (Sr). Observa que el estroncio pertenece al grupo 2.
Hay dos electrones en la capa más externa de todos los elementos del grupo 2, y quieren deshacerse de ellos para conseguir una configuración más estable. Así pues, ¡el estroncio (Sr) perderá estos dos electrones para formar un ion estroncio con carga +2 (Sr2+)!
Pregunta 2: ¿Cuántos electrones necesita ganar/perder el nitrógeno (N) para formar un ion?
El nitrógeno es un no metal que se encuentra en el grupo 15. Tiene 7 electrones en total, 5 de ellos en la capa más externa. Para llenar su capa exterior, el nitrógeno necesita ganar tres electrones. Al ganar tres electrones, el nitrógeno (N) se convierte en un ion con una carga iónica de -3 (N3-).
Una capa externa completa de 8 electrones es la configuración más estable. Para saber más sobre esto, consulta"La regla del octeto".
Ahora espero que te sientas más seguro al comprender los compuestos iónicos y las tendencias de las cargas iónicas.
Tendencias de la carga iónica - Puntos clave
- En química, un compuesto iónico es un compuesto formado por la reacción entre un metal y un no metal.
- La estructura de los compuestos iónicos consiste en la alternancia de iones negativos e iones positivos unidos por un enlace iónico. Esta disposición se denomina estructura reticular.
- En el enlace iónico, los iones se forman cuando los átomos ganan o pierden electrones.
- La cargaiónica es la carga específica que adquiere un átomo tras perder/ganar electrones de valencia.
- La carga iónica de un elemento depende de la cantidad de electrones que pierde o gana para alcanzar su configuración más estable (capa externa completa).
Referencias
- Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2019). Química general, orgánica y biológica : estructuras de la vida. Pearson.
- Theodore Lawrence Brown, Eugene, H., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2018). Química : la ciencia central (14ª ed.). Pearson.
- Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., & Decoste, D. J. (2019). Chemistry. Cengage Learning Asia Pte Ltd.
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