El abecedario químico: iones y valencias
Objetivo. Identificar cationes, aniones y las valencias de los elementos representativos, reconociéndolos como la base para clasificar y nombrar compuestos inorgánicos, valorando el orden en el lenguaje químico.
para partir
Cada litro de agua de mar lleva unos 35 gramos de sales disueltas, según la NOAA, y viajan como iones sodio y cloruro separados, cada uno con su propia carga. Al hierro que se oxida en una reja y al flúor de la pasta de dientes les pasa lo mismo, porque ninguno existe como átomo neutro solitario. Hoy aprendemos el abecedario con el que están escritos todos: cationes, aniones y valencias.
Con esta clase empezamos una unidad nueva: la nomenclatura inorgánica, es decir, las reglas para nombrar y escribir los compuestos. Pero antes de nombrar nada necesitamos las letras de ese idioma: los iones y las valencias. Para eso, retomamos tres ideas que ya conoces de cursos anteriores: el átomo (con protones, neutrones y electrones), la tabla periódica y los electrones de valencia (los de la última capa).
Antes de empezar, decide (para ti) si cada afirmación es verdadera o falsa. No las corregiremos aún; volveremos a ellas al final:
- Un catión es un átomo con carga negativa.
- Cada elemento tiene una sola valencia posible.
- Cuando un átomo se transforma en ion, cambia su número de protones.
Del átomo neutro al ion: ganar o perder electrones
Un átomo neutro tiene la misma cantidad de protones (carga +) que de electrones (carga −), así que su carga total es cero. Un ion aparece cuando ese equilibrio se rompe: el átomo gana o pierde electrones y queda con carga eléctrica.
La clave que muchos olvidan: en este proceso solo se mueven electrones. El número de protones nunca cambia (si cambiara, sería otro elemento). Por eso el sodio sigue siendo sodio aunque se convierta en Na⁺.
Según lo que le ocurra al átomo distinguimos dos tipos de iones:
- Catión: carga positiva (+). Un átomo que pierde electrones. Al perder cargas negativas, quedan más protones que electrones, así que el saldo es positivo. Suelen serlo los metales.
- Anión: carga negativa (−). Un átomo que gana electrones. Al sumar cargas negativas, quedan más electrones que protones, así que el saldo es negativo. Suelen serlo los no metales.
Un truco para no confundirte: el catión tiene una “t” que puedes imaginar como un signo +; el anión tiene una “n” de negativo.
Es al revés, y conviene fijarlo bien. Catión = positivo (pierde electrones), anión = negativo (gana electrones). La confusión viene de asociar “catión” con algo malo o negativo, pero no tiene relación. Otra confusión frecuente: pensar que la carga del ion es lo mismo que su número de electrones. No: Na⁺ tiene carga +1 pero 10 electrones; la carga solo indica cuántos electrones se ganaron o perdieron respecto al átomo neutro, no el total que quedó.
La tabla periódica anticipa la carga del ion
Lo bueno es que la posición en la tabla periódica nos deja predecir qué ion forma cada elemento representativo. Los átomos “buscan” quedar con la capa externa completa (como un gas noble), así que ganan o pierden los electrones que les resulte más fácil:
| Grupo | Tiende a… | Ion que forma | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| Alcalinos (Li, Na, K) | perder 1 e⁻ | catión +1 | Na⁺, K⁺ |
| Alcalinotérreos (Mg, Ca, Ba) | perder 2 e⁻ | catión +2 | Ca²⁺, Mg²⁺ |
| Térreos (Al) | perder 3 e⁻ | catión +3 | Al³⁺ |
| Halógenos (F, Cl, Br, I) | ganar 1 e⁻ | anión −1 | F⁻, Cl⁻ |
| Anfígenos (O, S) | ganar 2 e⁻ | anión −2 | O²⁻, S²⁻ |
Fíjate en la lógica: los metales (izquierda de la tabla) tienen pocos electrones de valencia y les conviene perderlos → forman cationes. Los no metales (derecha) están cerca de completar su capa y les conviene ganar electrones → forman aniones.
Valencia y número de oxidación: la 'mano' de cada elemento
La valencia (o número de oxidación) es un número que indica con cuántos electrones se combina un elemento cuando forma un compuesto, es decir, cuántos ganó, perdió o comparte. Puedes imaginarla como las “manos” que tiene un átomo para tomarse de otros. Para los elementos que forman iones simples, la valencia coincide con la carga del ion (Na⁺ → valencia +1; O²⁻ → valencia −2).
Aquí está la advertencia más importante: la valencia NO es un subíndice ni una cantidad de átomos. Es una propiedad de combinación del elemento. Guarda esta distinción, porque será decisiva en las próximas clases cuando armemos fórmulas.
Estas son las valencias frecuentes de los elementos representativos que más usaremos:
| Elemento | Valencia frecuente | Como ion |
|---|---|---|
| Metales alcalinos (Na, K, Li) | +1 | Na⁺, K⁺ |
| Alcalinotérreos (Ca, Mg, Ba) | +2 | Ca²⁺, Mg²⁺ |
| Aluminio (Al) | +3 | Al³⁺ |
| Hidrógeno (H) | +1 | H⁺ |
| Oxígeno (O) | −2 | O²⁻ |
| Halógenos (F, Cl, Br, I) | −1 | Cl⁻, F⁻ |
No todos tienen una sola valencia
Otra idea que hay que corregir: no es verdad que cada elemento tenga una única valencia. Muchos metales de transición (y algunos otros) tienen valencia variable: pueden actuar con más de un valor según el compuesto. Estos son los casos clásicos que debes reconocer:
| Elemento | Valencias posibles | Iones |
|---|---|---|
| Hierro (Fe) | +2 y +3 | Fe²⁺, Fe³⁺ |
| Cobre (Cu) | +1 y +2 | Cu⁺, Cu²⁺ |
| Plomo (Pb) | +2 y +4 | Pb²⁺, Pb⁴⁺ |
| Estaño (Sn) | +2 y +4 | Sn²⁺, Sn⁴⁺ |
Que un elemento tenga más de una valencia no es un capricho: por eso más adelante necesitaremos formas de nombrar que distingan con cuál de sus valencias está actuando (por ejemplo, “hierro(II)” frente a “hierro(III)”). Esa será la puerta de entrada a la nomenclatura.
Para el nivel de este curso puedes usarlos como sinónimos: ambos indican con cuántos electrones se combina un elemento. La diferencia fina es que el número de oxidación lleva signo (+ o −) y se asigna con reglas incluso en compuestos donde no hay iones “de verdad”, mientras que la valencia clásica se refería solo a la cantidad de enlaces (sin signo). En la práctica de la nomenclatura inorgánica los trataremos igual.
Sondeo — Un catión es un átomo que ganó electrones y por eso tiene carga negativa.
Completa las ideas centrales sobre iones y valencias:
Un es un átomo con carga eléctrica porque ganó o perdió , mientras que el número de nunca cambia. Si el átomo pierde electrones queda con carga positiva y lo llamamos ; si los gana queda negativo y lo llamamos . Los metales suelen formar iones y los no metales, iones negativos. La indica con cuántos electrones se combina un elemento; el oxígeno actúa con valencia y los metales alcalinos con valencia . Algunos metales, como el hierro, tienen valencia , es decir, más de un valor posible.
Empareja cada elemento con la valencia (o ion) con que actúa con más frecuencia:
Toca un término y luego su definición para emparejarlos.
El átomo de sodio (Na) tiene 11 protones y 11 electrones. Al formar el ion Na⁺, ¿qué ocurrió exactamente?
Un estudiante afirma: 'El hierro siempre tiene valencia +2, porque cada elemento tiene una sola valencia'. ¿Cuál es la corrección correcta?
El átomo de oxígeno tiene 8 protones y 8 electrones. Explica, paso a paso, cómo se transforma en el ion óxido O²⁻: qué gana o pierde, cuántos protones y electrones le quedan, y por qué su carga es −2. Indica además si es un catión o un anión y por qué era esperable según su lugar en la tabla.
síntesis
Para cerrar
Todo el lenguaje químico empieza aquí: un ion es un átomo con carga porque ganó o perdió electrones (los protones nunca cambian). Si pierde electrones queda positivo y es un catión (típico de los metales); si los gana queda negativo y es un anión (típico de los no metales). La valencia (o número de oxidación) nos dice con cuántos electrones se combina cada elemento: los alcalinos +1, los alcalinotérreos +2, el aluminio +3, el oxígeno −2, los halógenos −1. Y ojo: hay metales de valencia variable (Fe, Cu, Pb, Sn) que actúan con más de un valor. Con este “abecedario” ya podemos dar el siguiente paso: usar estos iones y valencias para clasificar los compuestos y formular y nombrar los óxidos.
Piensa sobre tu aprendizaje
- Vuelve a las tres afirmaciones del inicio. ¿Cuáles resultaron falsas y por qué?
- En tus palabras, ¿cuál es la diferencia entre la carga de un ion y su número de electrones?
- ¿Por qué crees que necesitaremos formas especiales de nombrar a metales como el hierro o el cobre?
referencias
Bibliografía
- 01Ministerio de Educación de Chile. Programa de Estudio Química 1° medio. https://www.curriculumnacional.cl
- 02Chang, R. & Goldsby, K. (2017). Química (12ª ed.). McGraw-Hill.
- 03Petrucci, R. et al. (2017). Química General (11ª ed.). Pearson.
- 04Khan Academy. Iones y estructura atómica. https://es.khanacademy.org
- 05National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Sea Water. JetStream. https://www.noaa.gov/jetstream/ocean/sea-water