Un ion es una partícula cargada eléctricamente que se forma cuando un átomo o una molécula gana o pierde uno o varios electrones. Los átomos suelen tener una cantidad igual de electrones y protones, lo que los hace eléctricamente neutros. Sin embargo, cuando un átomo gana o pierde electrones, adquiere una carga neta positiva o negativa, convirtiéndose en un ion.
Si un átomo pierde electrones, se convierte en un ion con carga positiva, llamado catión. Por otro lado, si un átomo gana electrones, se convierte en un ion con carga negativa, llamado anión.
Los cationes y aniones se representan con el símbolo del átomo correspondiente y el carácter "+" (cationes) o "-" (aniones).
Tipos de iones: cationes y aniones
Existen diferentes tipos de iones según la carga eléctrica que posean. Los dos tipos principales son:
Cationes
Los cationes son iones con carga positiva debido a la pérdida de electrones, por este motivo són más pequeños. Los cationes más comunes son aquellos formados a partir de los metales alcalinos y alcalinotérreos en la tabla periódica.
Algunos ejemplos de cationes son:
-
Ion sodio (Na+)
-
Ion potasio (K+)
-
Ion calcio (Ca2+)
-
Ion magnesio (Mg2+)
Aniones
Los aniones son iones con carga negativa debido a la ganancia de electrones, por este motivo son más grandes y pesados. Los aniones más comunes son aquellos formados a partir de no metales en la tabla periódica.
Algunos ejemplos de aniones son:
-
Ion cloruro (Cl-)
-
Ion sulfato (SO42-)
-
Ion nitrato (NO3-)
-
Ion hidróxido (OH-)
Iones poliatómicos
Además de estos, existen otros tipos de iones más específicos, como los iones poliatómicos, que son moléculas cargadas eléctricamente compuestas por varios átomos. Algunos ejemplos son:
-
Ion carbonato (CO32-)
-
Ion amonio (NH4+)
-
Ion sulfato (SO42-)
Relación con las celdas galvánicas
En un sistema electroquímico, como una celda o una batería, ocurren reacciones de oxidación y reducción en en ánodo y el cátodo.
-
Ánodo: Es el electrodo donde ocurre la oxidación, es decir, donde los átomos o moléculas pierden electrones para convertirse en iones positivos (cationes). Por lo tanto, el ánodo está asociado con la generación de iones positivos.
-
Cátodo: Es el electrodo donde ocurre la reducción, es decir, donde los iones positivos (cationes) ganan electrones para convertirse en átomos o moléculas neutros. Por lo tanto, el cátodo está relacionado con la reducción de iones positivos.
En una celda electroquímica, los iones fluyen desde el ánodo hacia el cátodo a través de un medio conductor, mientras que los electrones fluyen en la dirección opuesta, desde el ánodo hacia el cátodo a través de un circuito externo.
Esto permite el flujo de corriente eléctrica en el sistema electroquímico.
¿Cómo se generan los iones?
Los iones se generan a través de diferentes procesos, los cuales pueden ser:
Ionización por transferencia de electrones
Este proceso ocurre cuando un átomo gana o pierde electrones para formar un ion cargado eléctricamente. Si un átomo gana electrones, se forma un ion negativo (anión) y si pierde electrones, se forma un ion positivo (catión). La transferencia de electrones puede ocurrir durante reacciones químicas o por la interacción con campos eléctricos externos.
Ionización por disociación
Este proceso ocurre cuando una molécula se disocia en iones al separarse en iones cargados eléctricamente en una solución acuosa o en estado gaseoso. Por ejemplo, cuando el cloruro de sodio (NaCl) se disuelve en agua, se separa en iones de sodio (Na+) y cloruro (Cl-).
Ionización por radiación
La radiación electromagnética o partículas cargadas pueden ionizar átomos o moléculas al transferirles suficiente energía para arrancar uno o varios electrones. Este proceso ocurre, por ejemplo, en la ionosfera terrestre, donde la radiación solar ioniza átomos y moléculas en la atmósfera superior.
Ionización por temperatura
A altas temperaturas, los átomos pueden adquirir suficiente energía térmica para liberar electrones y formar iones. Este proceso se observa en llamas, arcos eléctricos y plasmas, donde los átomos se ionizan debido a la alta energía térmica presente.
Energía de ionización
La energía de ionización es la energía necesaria para eliminar electrones de un átomo. También se llama potencial de ionización.
El fenómeno por el cual cambia el número de electrones de un átomo se llama ionización. La ionización se produce aplicando alta energía a los átomos en forma de potencial eléctrico o radiación.
Para los átomos individuales en el vacío, existe una constante física vinculada con el proceso de ionización. Los enlaces químicos locales, la geometría y la temperatura influyen en la ionización.
La primera energía de ionización es la energía necesaria para eliminar un electrón.
El segundo es necesario para eliminar dos electrones. Las energías de ionización resultantes son siempre relativamente mayores que las anteriores.