8.3: Formación de cationes

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¿Cómo se forman los cationes?

En muchas partes del país, el agua contiene altas concentraciones de minerales que manchan la ropa, construyen depósitos en bañeras y calentadores de agua, y crean problemas con la espuma del jabón adecuadamente. Este problema es causado por el “agua dura”. El agua contiene cantidades excesivas de cationes como hierro y calcio. Estos iones crean muchos problemas en el agua. Las resinas de intercambio iónico pueden eliminar estos minerales y limpiar el agua.

Formación de Cationes

Los cationes son los iones positivos formados por la pérdida de uno o más electrones. Los cationes más comúnmente formados de los elementos representativos son aquellos que implican la pérdida de todos los electrones de valencia. Considera el sodio de metal alcalino\(\left( \ce{Na} \right)\). Tiene un electrón de valencia en el tercer nivel de energía principal. Al perder ese electrón, el ion sodio ahora tiene un octeto de electrones del segundo nivel de energía principal. La siguiente ecuación ilustra este proceso.

\[\begin{array}{lcl} \ce{Na} & \rightarrow & \ce{Na^+} + \ce{e^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^1 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: \text{(octet)} \end{array}\nonumber \]

La configuración electrónica del ion sodio es ahora la misma que la del neón de gas noble. El término isoelectrónico se refiere a un átomo y un ion de un átomo diferente (o dos iones diferentes) que tienen la misma configuración electrónica. El ion sodio es isoelectrónico con el átomo de neón. Considera un proceso similar con magnesio y con aluminio:

\[\begin{array}{lcl} \ce{Mg} & \rightarrow & \ce{Mg^{2+}} + 2 \ce{e^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^2 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: \text{(octet)} \end{array}\nonumber \]

\[\begin{array}{lcl} \ce{Al} & \rightarrow & \ce{Al^{3+}} + 3 \ce{e^-} \\ 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: 3s^2 \: 3p^1 & & 1s^2 \: 2s^2 \: 2p^6 \: \text{(octet)} \end{array}\nonumber \]

En este caso, el átomo de magnesio pierde sus dos electrones de valencia para lograr la misma configuración de gas noble. El átomo de aluminio pierde sus tres electrones de valencia. El\(\ce{Mg^{2+}}\) ion, el\(\ce{Al^{3+}}\) ion, el\(\ce{Na^+}\) ion y el\(ce{Ne}\) átomo son todos isoelectrónicos. Para los elementos representativos bajo condiciones típicas, tres electrones son el número máximo que se perderán.

También podemos mostrar la pérdida de electrón (s) de valencia con un diagrama de puntos electrónicos:

\[\begin{align*} \ce{Na} \cdot &\rightarrow \ce{Na^+} + \ce{e^-} \\ \cdot \ce{Mg} \cdot &\rightarrow \ce{Mg^{2+}} + 2 \ce{e^-} \end{align*}\nonumber \]

Resumen

Los cationes se forman cuando un átomo pierde uno o más electrones.
El catión resultante tiene la configuración electrónica del átomo de gas noble en la fila por encima de él en la tabla periódica.

Revisar

¿Qué es un catión?
¿Cuántos electrones de valencia tiene el átomo de sodio?
¿Con qué átomo es isoelectrónico el ion sodio?
¿Cuántos electrones pierde el magnesio para formar el ion magnesio?