Los iones: cationes y aniones

Explicación

Errores frecuentes

• ErrorPensar que un catión ha ganado protones (porque tiene carga positiva).

  Cómo corregirloLos protones no cambian nunca en un proceso químico. La carga positiva aparece porque el átomo ha perdido electrones.

• ErrorCalcular los electrones de un anión restando: $\text{O}^{2-}$ → $8 - 2 = 6$.

  Cómo corregirloUn anión ha ganado electrones: $8 + 2 = 10$. Usa la fórmula con el signo: $8 - (-2) = 10$.

• ErrorEscribir la carga como $\text{Mg}^{+2}$ o $\text{Mg}2+$.

  Cómo corregirloPrimero el número y luego el signo, arriba a la derecha: $\text{Mg}^{2+}$.

Ejemplos resueltos

1. Ejemplo 1. Cuatro iones de la sal y el agua numérico (electrones de un ion)

   Para cada ion, di si es catión o anión, cuántos electrones ha ganado o perdido el átomo y cuántos electrones tiene. Escribe su distribución en capas. a) $\text{Na}^{+}$ ($Z = 11$) b) $\text{Cl}^{-}$ ($Z = 17$) c) $\text{Mg}^{2+}$ ($Z = 12$) d) $\text{O}^{2-}$ ($Z = 8$)

   Resolución

   Ion	Tipo	¿Qué ha pasado?	Electrones	Capas
   $\text{Na}^{+}$	catión	perdió 1 e⁻	$11 - 1 = 10$	2, 8
   $\text{Cl}^{-}$	anión	ganó 1 e⁻	$17 + 1 = 18$	2, 8, 8
   $\text{Mg}^{2+}$	catión	perdió 2 e⁻	$12 - 2 = 10$	2, 8
   $\text{O}^{2-}$	anión	ganó 2 e⁻	$8 + 2 = 10$	2, 8

   Fíjate en que $\text{Na}^{+}$, $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{O}^{2-}$ tienen los mismos electrones que el neón (2, 8), y $\text{Cl}^{-}$, los mismos que el argón (2, 8, 8).

2. Ejemplo 2. La etiqueta del agua mineral situación real (leer una etiqueta)

   La etiqueta de una botella de agua mineral indica, entre otros: calcio ($\text{Ca}^{2+}$), magnesio ($\text{Mg}^{2+}$), potasio ($\text{K}^{+}$), cloruros ($\text{Cl}^{-}$) y fluoruros ($\text{F}^{-}$). a) Clasifícalos en cationes y aniones. b) ¿Cuántos protones y electrones tienen $\text{Ca}^{2+}$ ($Z = 20$) y $\text{K}^{+}$ ($Z = 19$)? c) ¿Por qué el agua mineral no tiene carga eléctrica aunque contenga iones?

   Resolución

   a) Cationes: $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{K}^{+}$. Aniones: $\text{Cl}^{-}$, $\text{F}^{-}$.

   b) $\text{Ca}^{2+}$: 20 protones; $20 - 2 = 18$ electrones. $\text{K}^{+}$: 19 protones; $19 - 1 = 18$ electrones. Los dos tienen los mismos electrones que el argón.

   c) Porque contiene cargas positivas y negativas en la cantidad justa para compensarse: en total, el agua es neutra.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. 1. Fácil

   Indica si cada ion es catión o anión y calcula sus electrones: a) $\text{K}^{+}$ ($Z = 19$); b) $\text{F}^{-}$ ($Z = 9$); c) $\text{Al}^{3+}$ ($Z = 13$); d) $\text{S}^{2-}$ ($Z = 16$).

   Ver solución

   a) Catión, 18 e. b) Anión, 10 e. c) Catión, 10 e. d) Anión, 18 e.

   Electrones = $Z$ − carga: a) $19 - 1 = 18$; b) $9 + 1 = 10$; c) $13 - 3 = 10$; d) $16 + 2 = 18$.

2. 2. Fácil

   Escribe el símbolo del ion que se forma cuando: a) Un átomo de calcio pierde 2 electrones. b) Un átomo de nitrógeno gana 3 electrones. c) Un átomo de litio pierde 1 electrón. d) Un átomo de bromo gana 1 electrón.

   Ver solución

   a) $\text{Ca}^{2+}$. b) $\text{N}^{3-}$. c) $\text{Li}^{+}$. d) $\text{Br}^{-}$.

   Pierde electrones → carga positiva igual al número de electrones perdidos; gana → carga negativa igual a los ganados.

3. 3. Media

   Completa la tabla:

   Especie	Protones	Neutrones	Electrones	¿Átomo, catión o anión?
   ${}^{23}_{11}\text{Na}^{+}$
   ${}^{35}_{17}\text{Cl}^{-}$
   ${}^{24}_{12}\text{Mg}$
   ${}^{16}_{8}\text{O}^{2-}$
   ${}^{56}_{26}\text{Fe}^{3+}$

   Ver solución

   Na⁺: 11, 12, 10, catión. Cl⁻: 17, 18, 18, anión. Mg: 12, 12, 12, átomo neutro. O²⁻: 8, 8, 10, anión. Fe³⁺: 26, 30, 23, catión.

   Protones = $Z$; neutrones = $A - Z$; electrones = $Z$ − carga.

   • $\text{Na}^{+}$: 11; $23 - 11 = 12$; $11 - 1 = 10$.
   • $\text{Cl}^{-}$: 17; $35 - 17 = 18$; $17 + 1 = 18$.
   • $\text{Mg}$: 12; $24 - 12 = 12$; 12 (neutro).
   • $\text{O}^{2-}$: 8; $16 - 8 = 8$; $8 + 2 = 10$.
   • $\text{Fe}^{3+}$: 26; $56 - 26 = 30$; $26 - 3 = 23$.

4. 4. Difícil

   Una especie química tiene 16 protones, 16 neutrones y 18 electrones. a) ¿Es un átomo neutro, un catión o un anión? ¿Cuál es su carga? b) ¿Qué elemento es? Escribe su símbolo completo, con $A$, $Z$ y carga.

   Ver solución

   a) Anión de carga 2−. b) Azufre: ${}^{32}_{16}\text{S}^{2-}$.

   a) Tiene 2 electrones más que protones: es un anión de carga $16 - 18 = -2$. b) $Z = 16$ → azufre. $A = 16 + 16 = 32$. Símbolo: ${}^{32}_{16}\text{S}^{2-}$.

Para practicar más

1. 1. Fácil

   ¿Verdadero o falso? Corrige las falsas. a) Un catión se forma cuando un átomo gana protones. b) Al formarse un ion cambia el número de electrones, pero no el de protones. c) El ion $\text{Cl}^{-}$ tiene un electrón más que el átomo de cloro. d) Un anión tiene más protones que electrones.

   Ver solución

   a) F: cuando pierde electrones. b) V. c) V. d) F: tiene más electrones que protones.

   a) Falso: un catión se forma al perder electrones; los protones no cambian. b) Verdadero. c) Verdadero: ha ganado 1 electrón. d) Falso: un anión ha ganado electrones, así que tiene más electrones que protones.

2. 2. Fácil

   Calcula los electrones de: a) $\text{Li}^{+}$ ($Z = 3$); b) $\text{Be}^{2+}$ ($Z = 4$); c) $\text{Br}^{-}$ ($Z = 35$); d) $\text{N}^{3-}$ ($Z = 7$). ¿Cuáles tienen el mismo número de electrones?

   Ver solución

   a) 2. b) 2. c) 36. d) 10. Li⁺ y Be²⁺ tienen los mismos (2).

   a) $3 - 1 = 2$; b) $4 - 2 = 2$; c) $35 + 1 = 36$; d) $7 + 3 = 10$. $\text{Li}^{+}$ y $\text{Be}^{2+}$ tienen 2 electrones, como el helio.

3. 3. Media

   Completa la tabla:

   Especie	$Z$	$A$	Protones	Neutrones	Electrones
   ${}^{40}_{20}\text{Ca}^{2+}$
   ${}^{19}_{9}\text{F}^{-}$
   ${}^{27}_{13}\text{Al}^{3+}$
   ${}^{65}_{30}\text{Zn}^{2+}$

   Ver solución

   Ca²⁺: 20, 40, 20, 20, 18. F⁻: 9, 19, 9, 10, 10. Al³⁺: 13, 27, 13, 14, 10. Zn²⁺: 30, 65, 30, 35, 28.

   • $\text{Ca}^{2+}$: $N = 40 - 20 = 20$; $e = 20 - 2 = 18$.
   • $\text{F}^{-}$: $N = 19 - 9 = 10$; $e = 9 + 1 = 10$.
   • $\text{Al}^{3+}$: $N = 27 - 13 = 14$; $e = 13 - 3 = 10$.
   • $\text{Zn}^{2+}$: $N = 65 - 30 = 35$; $e = 30 - 2 = 28$.

4. 4. Difícil

   a) Escribe la distribución en capas del átomo de magnesio ($Z = 12$) y del ion $\text{Mg}^{2+}$. b) Haz lo mismo con el átomo de oxígeno ($Z = 8$) y el ion $\text{O}^{2-}$. c) ¿A qué gas noble se parecen los dos iones? ¿Por qué crees que se forman precisamente estos iones y no $\text{Mg}^{+}$ u $\text{O}^{-}$?

   Ver solución

   a) Mg: 2, 8, 2; Mg²⁺: 2, 8. b) O: 2, 6; O²⁻: 2, 8. c) Al neón (2, 8): con esa carga quedan con la última capa completa.

   a) Mg: 2, 8, 2 → pierde los 2 electrones de la última capa → $\text{Mg}^{2+}$: 2, 8. b) O: 2, 6 → gana 2 electrones → $\text{O}^{2-}$: 2, 8. c) Los dos quedan con 10 electrones en capas 2, 8, como el neón. Con $\text{Mg}^{+}$ (2, 8, 1) u $\text{O}^{-}$ (2, 7) la última capa no estaría completa; los átomos tienden a ganar o perder los electrones justos para quedar como un gas noble.