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Iones negativos y positivos: definición, diferencias y ejemplos
La materia está formada por átomos y moléculas. En un átomo neutro, el número de protones, que tienen carga positiva, coincide con el número de electrones, que tienen carga negativa. Los neutrones no poseen carga eléctrica. Sin embargo, los electrones pueden pasar de un átomo a otro o incorporarse a una molécula. Cuando esto ocurre, dejan de estar compensadas las cargas y se forma un ion.
En este artículo se explica qué son los iones, cómo se originan y cuáles son las diferencias entre los iones negativos, llamados aniones, y los iones positivos, conocidos como cationes. También se incluyen ejemplos de iones formados por un solo átomo y de iones constituidos por varios átomos.
¿Qué son los iones? Definición fácil
Un ion es un átomo o un conjunto de átomos que tiene una carga eléctrica neta. La palabra “neta” indica que, al comparar las cargas positivas de los protones con las negativas de los electrones, existe un exceso de un tipo de carga.
Si un átomo pierde electrones, conserva más cargas positivas que negativas y se convierte en un ion positivo. Si gana electrones, pasa a tener un exceso de carga negativa y se transforma en un ion negativo. En los procesos químicos habituales, los protones permanecen en el núcleo; por eso, la formación de un ion se debe normalmente a la pérdida o ganancia de electrones.
Por ejemplo, un átomo de litio neutro tiene el mismo número de protones y electrones. Al perder un electrón, se convierte en Li⁺. En cambio, un átomo de oxígeno puede ganar dos electrones y formar O²⁻. El número que acompaña al signo indica cuántas cargas elementales de diferencia existen.
Iones monoatómicos e iones poliatómicos
Según el número de átomos que los forman, los iones pueden clasificarse en dos grupos:
- Los iones monoatómicos están constituidos por un único átomo. Son ejemplos el ion potasio, K⁺, y el ion bromuro, Br⁻.
- Los iones poliatómicos contienen dos o más átomos unidos mediante enlaces químicos y poseen una carga global. Entre ellos se encuentran el ion hidróxido, OH⁻, y el ion carbonato, CO₃²⁻.
En un ion poliatómico, los átomos están unidos entre sí, pero el conjunto no tiene el mismo número total de protones y electrones. La carga escrita fuera de la fórmula corresponde a todo el ion, no necesariamente a cada uno de sus átomos.
Muchos iones monoatómicos de los elementos representativos tienden a adquirir una configuración electrónica estable parecida a la de un gas noble. Esta tendencia ayuda a entender por qué algunos átomos pierden electrones y otros los ganan. La llamada regla del octeto es una aproximación útil en numerosos compuestos, aunque no explica por sí sola todos los casos de la química.
¿Cómo se forman los iones?
La formación de un ion depende de la facilidad con la que un átomo atrae o cede electrones. En este comportamiento influyen, entre otras propiedades, la afinidad electrónica y la electronegatividad. No significan exactamente lo mismo.
- La afinidad electrónica se relaciona con el cambio de energía que se produce cuando un átomo aislado incorpora un electrón. Expresa su tendencia a aceptar ese electrón.
- La electronegatividad describe la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones compartidos cuando forma un enlace con otro átomo.
De forma general, los elementos situados hacia la derecha de un periodo suelen atraer con mayor intensidad los electrones que los situados hacia la izquierda. Al descender por un grupo, el aumento del tamaño atómico suele hacer que los electrones externos estén más alejados del núcleo. Estas tendencias son generales y presentan excepciones, por lo que no deben aplicarse como una regla absoluta a cualquier elemento o compuesto.
Los metales suelen perder electrones con relativa facilidad y formar cationes. Los no metales suelen atraer electrones y formar aniones. Cuando la diferencia de comportamiento entre dos elementos es grande, puede producirse una transferencia de electrones y originarse un compuesto iónico.
Enlaces y compuestos iónicos
Un enlace iónico es la atracción electrostática entre iones de signo contrario. No consiste en una unión entre una carga positiva y otra negativa aisladas, sino en una disposición ordenada de muchos iones que forman una red cristalina. En un sólido iónico, cada ion queda rodeado por iones de signo opuesto.
El fluoruro de calcio, CaF₂, es un ejemplo de compuesto iónico. El calcio forma Ca²⁺ y cada ion fluoruro aporta una carga F⁻. Por eso se necesitan dos fluoruros para compensar la carga positiva de un calcio: (+2) + 2(−1) = 0.
Los compuestos iónicos suelen ser sólidos a temperatura ambiente y presentan puntos de fusión elevados. Muchos se disuelven en agua, aunque no todos lo hacen con la misma facilidad. Al disolverse, sus iones pueden desplazarse por la disolución y transportar carga eléctrica. Por este motivo, una disolución que contiene iones recibe el nombre de disolución electrolítica. El compuesto fundido también puede conducir, mientras que el sólido iónico normalmente no conduce bien porque sus iones permanecen fijos en la red.
¿Cuáles son los iones negativos? Definición y ejemplos
Los iones negativos se llaman aniones. Se forman cuando un átomo o una molécula gana uno o varios electrones. El signo menos indica que el número de electrones supera al de protones.
En muchos casos, los aniones monoatómicos proceden de elementos no metálicos. Estos elementos tienen una tendencia relativamente elevada a atraer electrones, especialmente cuando solo necesitan incorporar unos pocos para alcanzar una distribución externa más estable.
Aniones monoatómicos: definición y ejemplos
Un anión monoatómico está formado por un solo átomo que ha ganado electrones. La carga se escribe a la derecha del símbolo químico:
- Ion bromuro: Br⁻.
- Ion óxido: O²⁻.
- Ion seleniuro: Se²⁻.
- Ion fosfuro: P³⁻.
- Ion hidruro: H⁻.
La carga no indica el número de átomos, sino el número de electrones ganados respecto al átomo neutro. Así, O²⁻ representa un átomo de oxígeno que ha incorporado dos electrones. En cambio, un símbolo como 2O²⁻ representaría dos iones óxido independientes, cada uno con carga 2−.
Aniones poliatómicos: definición y ejemplos
Los aniones poliatómicos están formados por varios átomos enlazados que, considerados como una unidad, tienen carga negativa. Muchos contienen oxígeno y reciben el nombre de oxoaniones. Suelen presentar un átomo central unido a varios átomos de oxígeno, aunque existen otras estructuras.
Algunos aniones poliatómicos pueden originarse cuando un ácido pierde uno o más protones, H⁺. Si la especie conserva hidrógeno, todavía puede presentar comportamiento ácido en determinadas reacciones, porque ese hidrógeno puede liberarse en forma de protón.
Ejemplos de aniones poliatómicos son:
- Ion hidrogenosulfato: HSO₄⁻.
- Ion cromato: CrO₄²⁻.
- Ion acetato: CH₃COO⁻.
- Ion cianuro: CN⁻.
- Ion oxalato: C₂O₄²⁻.
Es importante no confundir la carga del ion con los subíndices de su fórmula. En C₂O₄²⁻, los subíndices indican que hay dos átomos de carbono y cuatro de oxígeno; el signo 2− señala la carga total del ion.
¿Qué son los iones positivos? Definición y ejemplos
Los iones positivos se denominan cationes. Aparecen cuando un átomo o una molécula pierde uno o más electrones. Como consecuencia, el número de protones es mayor que el de electrones.
Los cationes monoatómicos más frecuentes proceden de metales. Algunos pierden un electrón y forman iones con carga 1+, mientras que otros pueden perder dos o tres electrones. Hay elementos, como el hierro o el cobre, que pueden originar cationes con distintas cargas; por eso el estado de oxidación se indica a menudo con números romanos en el nombre.
Cationes monoatómicos: definición y ejemplos
Un catión monoatómico es un ion positivo constituido por un único átomo. Estos son algunos ejemplos:
- Ion rubidio: Rb⁺.
- Ion magnesio: Mg²⁺.
- Ion aluminio: Al³⁺.
- Ion hierro(II): Fe²⁺.
- Ion estaño(IV): Sn⁴⁺.
En Fe²⁺, el número 2 indica que el ion tiene dos electrones menos que el átomo de hierro neutro. En Fe³⁺ habría tres electrones menos. No se han añadido tres protones al núcleo: la diferencia de carga se debe a la pérdida de electrones.
Cationes poliatómicos: definición y ejemplos
Los cationes poliatómicos contienen dos o más átomos y poseen una carga global positiva. Son menos numerosos que los aniones poliatómicos, pero aparecen con frecuencia en ciertas reacciones ácido-base y en diversas sustancias químicas.
Un modo habitual de formarlos es que una molécula neutra capte un protón, H⁺. Al incorporar una carga positiva sin recibir un electrón que la compense, el conjunto se convierte en un catión.
Algunos ejemplos son:
- Ion amonio: NH₄⁺.
- Ion hidronio: H₃O⁺.
- Ion metilamonio: CH₃NH₃⁺.
- Ion mercurio(I): Hg₂²⁺.
- Ion fosfonio: PH₄⁺.
En Hg₂²⁺ hay dos átomos de mercurio y una carga total de 2+. La fórmula no significa que cada átomo tenga necesariamente una carga 2+, sino que el conjunto presenta esa carga global.
Diferencia entre aniones y cationes
La diferencia esencial está en el balance de electrones:
- Un anión tiene carga negativa porque ha ganado electrones.
- Un catión tiene carga positiva porque ha perdido electrones.
- Un átomo o molécula sin carga neta tiene el mismo número total de protones y electrones.
Para interpretar una fórmula iónica conviene fijarse primero en el signo y después en el número que lo acompaña. K⁺ es un catión con una carga positiva; S²⁻ es un anión con dos cargas negativas; y PO₄³⁻ es un anión poliatómico cuya carga total es 3−.
Cuando se escribe la fórmula de un compuesto iónico, la suma de las cargas debe ser cero. Por ejemplo, el sulfuro de aluminio está formado por Al³⁺ y S²⁻. Para compensar seis unidades de carga se combinan dos iones Al³⁺ con tres iones S²⁻, de modo que la fórmula es Al₂S₃: 2(+3) + 3(−2) = 0.
Vídeo explicativo
Autor
Sergio Molina
Autor de Aulaversum especializado en Química. Participa en la elaboración y revisión de explicaciones y ejercicios relacionados con materia, átomos, elementos, enlaces, formulación y reacciones químicas. Su objetivo es presentar los conceptos de manera progresiva, relacionando teoría y práctica para facilitar la comprensión de los procesos y del lenguaje químico.
