3.5: Iones y Compuestos Ionicos

Objetivos de aprendizaje

• Conoce cómo se forman los iones.
• Aprende las cargas características que tienen los iones.
• Construir una fórmula apropiada para un compuesto iónico.
• Generar un nombre propio para un compuesto iónico.

Hasta el momento, hemos discutido elementos y compuestos que son eléctricamente neutros. Tienen el mismo número de electrones que los protones, por lo que las cargas negativas de los electrones se equilibran con las cargas positivas de los protones. No obstante, no siempre es así. Los electrones pueden moverse de un átomo a otro; cuando lo hacen, se forman especies con cargas eléctricas generales. Tales especies se llaman iones. Las especies con cargas positivas generales se denominan cationes, mientras que las especies con cargas negativas generales se denominan aniones. Recuerda que los iones se forman sólo cuando los electrones se mueven de un átomo a otro; un protón nunca se mueve de un átomo a otro. Los compuestos formados a partir de iones positivos y negativos son compuestos iónicos.

Los átomos individuales pueden ganar o perder electrones. Cuando lo hacen, se convierten en iones monatómicos. Cuando los átomos ganan o pierden electrones, generalmente ganan o pierden un número característico de electrones y así adquieren una carga general característica. La tabla\(\PageIndex{1}\) enumera algunos iones comunes en términos de cuántos electrones pierden (haciendo cationes) o ganancia (haciendo aniones). Hay varias cosas a notar sobre los iones en la Tabla\(\PageIndex{1}\). Primero, cada elemento que forma un catión es un metal, excepto uno (hidrógeno), mientras que cada elemento que forma un anión es un no metal. Esta es en realidad una de las propiedades químicas de los metales y no metales: los metales tienden a formar cationes, mientras que los no metales tienden a formar aniones. Segundo, la mayoría de los átomos forman iones de una sola carga característica. Cuando los átomos de sodio forman iones, siempre forman una carga 1+, nunca una carga 2+ o 3+ o incluso 1−. Por lo tanto, si comprometes la información de Table\(\PageIndex{1}\) a la memoria, siempre sabrás qué cargas forman la mayoría de los átomos.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Iones Monatómicos de Varias Cargas

Iones formados por la pérdida de un solo electrón	H ^+
	Na ^+
	K ^+
	Rb ^+
	Ag ^+
	Au ^+
Iones formados por la pérdida de dos electrones	Mg ^2 ^+
	Ca ^2 ^+
	Sr ^2 ^+
	Fe ^2 ^+
	Co ^2 ^+
	Ni ^2 ^+
	Cu ^2 ^+
	Zn ^2 ^+
	Sn ^2 ^+
	Hg ^2 ^+
	Pb ^2 ^+
Iones formados por la pérdida de tres electrones	Sc ^3 ^+
	Fe ^3 ^+
	Co ^3 ^+
	Ni ^3 ^+
	Au ^3 ^+
	Al ^3 ^+
	Cr ^3 ^+
Iones formados por la pérdida de cuatro electrones	Ti ^4 ^+
	Sn ^4 ^+
	Pb ^4 ^+
Iones formados por la obtención de un solo electrón	F ^−
	Cl ^−
	Br ^−
	I ^-
Iones formados por la obtención de dos electrones	O ^2−
	S ^2−
	Se ^2 ^−
Iones formados por la obtención de tres electrones	N ^3−
	P ^3−

Tercero, hay algunas excepciones al punto anterior. Algunos elementos, todos los cuales son metales, pueden formar más de una posible carga. Por ejemplo, los átomos de hierro pueden formar 2+ cationes o 3+ cationes. El cobalto es otro elemento que puede formar más de un posible ion cargado (2+ y 3+), mientras que el plomo puede formar 2+ o 4+ cationes. Desafortunadamente, no se entiende qué dos cargas puede tomar un átomo de metal, así que lo mejor es simplemente memorizar las posibles cargas que puede tener un elemento en particular.

Anote la convención para indicar un ion. La magnitud de la carga se enumera como un superíndice derecho junto al símbolo del elemento. Si el cargo es uno único positivo o negativo, no se escribe el número 1; si la magnitud de la carga es mayor que 1, entonces el número se escribe antes del signo + o −. Se supone que un símbolo de elemento sin cargo escrito junto a él es el átomo sin carga.

Nombrar un ion es sencillo. Para un catión, simplemente usa el nombre del elemento y agrega la palabra ion (o si quieres ser más específico, agrega catión) después del nombre del elemento. Entonces Na ⁺ es el ion sodio; Ca ^{2 +} es el ion calcio. Si el elemento tiene más de una carga posible, el valor de la carga viene después del nombre del elemento y antes de la palabra ion. Así, Fe ^{2 +} es el ion hierro dos, mientras que Fe ^{3 +} es el ion hierro tres. En la impresión, usamos números romanos entre paréntesis para representar la carga en el ion; por lo que estos dos iones de hierro se representarían como el catión hierro (II) y el catión hierro (III), respectivamente.

Para un anión monatómico, use el tallo del nombre del elemento y agregue el sufijo -ide a él, y luego agregue ion. Esto es similar a como nombramos compuestos moleculares. Por lo tanto, Cl ⁻ es el ion cloruro, y N ³⁻ es el ion nitruro.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Nombrar cada especie.

1. O ²⁻
2. Co
3. Co ^{2 +}

Solución

1. Esta especie tiene una carga 2− sobre ella, por lo que es un anión. Los aniones se nombran usando el tallo del nombre del elemento con el sufijo -ide agregado. Este es el anión óxido.
2. Debido a que esta especie no tiene carga, es un átomo en su forma elemental. Esto es cobalto.
3. En este caso, hay una carga 2+ en el átomo, por lo que es un catión. Observamos de la Tabla\(\PageIndex{1}\) que los cationes cobalto pueden tener dos posibles cargas, por lo que el nombre del ion debe especificar qué carga tiene el ion. Este es el catión cobalto (II).

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Nombrar cada especie.

1. P ³⁻
2. Sr ^{2 +}

RESPUESTAS

1. el anión fosfuro
2. el catión de estroncio

Fórmulas Iónicas

Las fórmulas químicas para compuestos iónicos se denominan fórmulas iónicas. Una fórmula iónica apropiada tiene un catión y un anión en ella; un compuesto iónico nunca se forma entre dos cationes solamente o dos aniones solamente. La clave para escribir fórmulas iónicas adecuadas es simple: la carga positiva total debe equilibrar la carga negativa total. Debido a que las cargas sobre los iones son características, a veces tenemos que tener más de uno de un catión o un anión para equilibrar las cargas positivas y negativas generales. Es convencional usar la relación más baja de iones que se necesitan para equilibrar las cargas.

Por ejemplo, considere el compuesto iónico entre Na ⁺ y Cl ⁻. Cada ion tiene una sola carga, una positiva y otra negativa, por lo que solo necesitamos un ion de cada uno para equilibrar la carga general. Al escribir la fórmula iónica, seguimos dos convenciones adicionales: (1) escribir la fórmula para el catión primero y la fórmula para el anión segundo, pero (2) no escribir las cargas sobre los iones. Así, para el compuesto entre Na ⁺ y Cl ⁻, tenemos la fórmula iónica NaCl (Figura\(\PageIndex{1}\)). La fórmula Na ₂ Cl ₂ también tiene cargas equilibradas, pero la convención es utilizar la menor proporción de iones, que sería uno de cada uno. (Recuerda de nuestras convenciones para escribir fórmulas que no escribimos un subíndice 1 si solo hay un átomo de un elemento en particular presente.) Para el compuesto iónico entre cationes magnesio (Mg ^{2 +}) y aniones óxido (O ²⁻), nuevamente necesitamos solo uno de cada ion para equilibrar las cargas. Por convención, la fórmula es MgO.

Figura\(\PageIndex{1}\): El compuesto iónico\(\ce{NaCl}\) es sal de mesa y es muy común. (Dominio público; Pexels.)

Para el compuesto iónico entre los iones Mg ^{2 +} y los iones Cl ⁻, ahora consideramos el hecho de que las cargas tienen diferentes magnitudes: 2+ en el ion magnesio y 1− en el ion cloruro. Para equilibrar las cargas con el menor número de iones posible, necesitamos tener dos iones cloruro para equilibrar la carga en el ion magnesio. En lugar de escribir la fórmula MgClCl, combinamos los dos iones cloruro y lo escribimos con un subíndice 2: MgCl ₂.

¿Qué nos dice la fórmula MgCl ₂? Hay dos iones cloruro en la fórmula. Aunque el cloro como elemento es una molécula diatómica, Cl ₂, el cloro elemental no es parte de este compuesto iónico. El cloro está en forma de un ion cargado negativamente, no el elemento neutro. El subíndice 2 está en la fórmula iónica porque necesitamos dos iones Cl ⁻ para equilibrar la carga en un ion Mg ^{2 +}.

Ejemplo\(\PageIndex{2}\)

Escriba la fórmula iónica adecuada para cada uno de los dos iones dados.

1. Ca ^{2 +} y Cl ⁻
2. Al ^{3 +} y F ⁻
3. Al ^{3 +} y O ²⁻

Solución

1. Necesitamos dos iones Cl ⁻ para equilibrar la carga en un ion Ca ^{2 +}, por lo que la fórmula iónica adecuada es CaCl ₂.
2. Necesitamos tres iones F ⁻ para equilibrar la carga en el ion Al ^{3 +}, por lo que la fórmula iónica adecuada es AlF ₃.
3. Con Al ^{3 +} y O ²⁻, tenga en cuenta que ninguno de los dos cargos es un múltiplo perfecto del otro. Esto significa que tenemos que ir a un múltiplo menos común, que en este caso serán seis. Para obtener un total de 6+, necesitamos dos iones Al ^{3 +}; para obtener 6−, necesitamos tres iones O ²⁻. De ahí que la fórmula iónica apropiada es Al ₂ O ₃.

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Escriba las fórmulas iónicas adecuadas para cada uno de los dos iones dados.

1. Fe ^{2 +} y S ²⁻
2. Fe ^{3 +} y S ²⁻

RESPUESTAS

1. FeS
2. Fe ₂ S ₃

Nombrar compuestos iónicos es sencillo: combinar el nombre del catión y el nombre del anión, omitiendo en ambos casos la palabra ion. No utilice prefijos numéricos si hay más de un ion necesario para equilibrar las cargas. El NaCl es cloruro de sodio, una combinación del nombre del catión (sodio) y el anión (cloruro). El MgO es óxido de magnesio. MgCl ₂ es cloruro de magnesio, no dicloruro de magnesio.

Al nombrar compuestos iónicos cuyos cationes pueden tener más de una posible carga, también debemos incluir la carga, entre paréntesis y en números romanos, como parte del nombre. De ahí que FeS es sulfuro de hierro (II), mientras que Fe ₂ S ₃ es sulfuro de hierro (III). Nuevamente, no aparecen prefijos numéricos en el nombre. El número de iones en la fórmula viene dictado por la necesidad de equilibrar las cargas positivas y negativas.

Ejemplo\(\PageIndex{3}\)

Nombra cada compuesto iónico.

1. CaCl ₂
2. AlF ₃
3. Co ₂ O ₃

Solución

1. Usando los nombres de los iones, este compuesto iónico se denomina cloruro de calcio. No es cloruro de calcio (II), porque el calcio forma un solo catión cuando forma un ion, y tiene una carga característica de 2+.
2. El nombre de este compuesto iónico es fluoruro de aluminio.
3. Sabemos que el cobalto puede tener más de una posible carga; solo necesitamos determinar qué es. El óxido siempre tiene una carga 2−, por lo que con tres iones óxido, tenemos una carga negativa total de 6−. Esto significa que los dos iones cobalto tienen que aportar 6+, lo que para dos iones cobalto significa que cada uno es 3+. Por lo tanto, el nombre propio de este compuesto iónico es óxido de cobalto (III).

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

Nombra cada compuesto iónico.

1. Sc ₂ O ₃
2. AgCl

RESPUESTAS

1. óxido de escandio
2. cloruro de plata

¿Cómo saber si una fórmula —y por extensión, un nombre— es para un compuesto molecular o para un compuesto iónico? Los compuestos moleculares se forman entre no metales y no metales, mientras que los compuestos iónicos se forman entre metales y no metales. La tabla periódica puede ser utilizada para determinar qué elementos son metales y no metales.

También existe un grupo de iones que contienen más de un átomo. A estos se les llama iones poliatómicos. En la tabla se\(\PageIndex{2}\) enumeran las fórmulas, cargas y nombres de algunos iones poliatómicos comunes. Sólo uno de ellos, el ion amonio, es un catión; el resto son aniones. La mayoría de ellos también contienen átomos de oxígeno, por lo que a veces se les conoce como oxianiones. Algunos de ellos, como el nitrato y el nitrito, y el sulfato y el sulfito, tienen fórmulas y nombres muy similares, por lo que se debe tener cuidado para que las fórmulas y nombres sean correctos. Tenga en cuenta que el ión poliatómico -ite tiene un átomo de oxígeno menos en su fórmula que el ion -ato pero con la misma carga iónica.

Tabla\(\PageIndex{2}\): Iones poliatómicos comunes

Nombre	Fórmula y carga		Nombre	Fórmula y carga
amonio	NH 4 ^+		hidróxido	OH ^−
acetato	C 2 H 3 O 2 ^−, o CH 3 COO ^−		nitrato	NO 3 ^−
bicarbonato (hidrogenocarbonato)	HCO 3 ^−		nitrito	NO 2 ^−
bisulfato (hidrogenosulfato)	HSO 4 ^−		peróxido	O 2 ^2 ^−
carbonato	CO 3 ^2 ^−		perclorato	ClO 4 ^−
clorato	ClO 3 ^−		fosfato	PO 4 ^3 ^−
cromato	CrO 4 ^2 ^−		sulfato	SO 4 ^2 ^−
cianuro	CN ^−		sulfito	SO 3 ^2 ^−
dicromato	Cr 2 O 7 ^2 ^−		triyoduro	I 3 ^−

La denominación de los compuestos iónicos que contienen iones poliatómicos sigue las mismas reglas que la denominación de otros compuestos iónicos: simplemente combine el nombre del catión y el nombre del anión. No use prefijos numéricos en el nombre si hay más de un ion poliatómico; la única excepción a esto es si el nombre del ion en sí contiene un prefijo numérico, como dicromato o triyoduro.

Escribir las fórmulas de compuestos iónicos tiene una diferencia importante. Si se necesita más de un ion poliatómico para equilibrar la carga general en la fórmula, encierre la fórmula del ion poliatómico entre paréntesis y escriba el subíndice numérico apropiado a la derecha y fuera de los paréntesis. Así, la fórmula entre los iones calcio, Ca ^{2 +}, y los iones nitrato, NO ₃ ⁻, se escribe correctamente Ca (NO ₃) ₂, no CaO ₃₂ o _{CaN 2} O ₆. Use paréntesis cuando sea necesario. El nombre de este compuesto iónico es simplemente nitrato de calcio.

Ejemplo\(\PageIndex{4}\)

Escriba la fórmula apropiada y dé el nombre propio para cada compuesto iónico formado entre los dos iones enumerados.

1. NH ₄ ⁺ y S ²⁻
2. Al ^{3 +} y PO ₄ ^{3 −}
3. Fe ^{2 +} y PO ₄ ^{3 −}

Solución

1. Debido a que el ion amonio tiene una carga 1+ y el ion sulfuro tiene una carga 2−, necesitamos dos iones amonio para equilibrar la carga en un solo ion sulfuro. Encerrando la fórmula para el ion amonio entre paréntesis, tenemos (NH ₄) ₂ S. El nombre del compuesto es sulfuro de amonio.
2. Debido a que los iones tienen la misma magnitud de carga, solo necesitamos uno de cada uno para equilibrar las cargas. La fórmula es AlPO ₄, y el nombre del compuesto es fosfato de aluminio.
3. Ninguno de los dos cargos es un múltiplo exacto del otro, así que tenemos que ir al múltiplo menos común de 6. Para obtener 6+, necesitamos tres iones hierro (II), y para obtener 6−, necesitamos dos iones fosfato. La fórmula apropiada es Fe ₃ (PO ₄) ₂, y el nombre del compuesto es fosfato de hierro (II).

Ejercicio\(\PageIndex{4}\)

Escriba la fórmula apropiada y dé el nombre propio para cada compuesto iónico formado entre los dos iones enumerados.

1. NH ₄ ⁺ y PO ₄ ^{3 −}
2. Co ^{3 +} y NO ₂ ⁻

RESPUESTAS

1. (NH ₄) ₃ PO ₄, fosfato amónico
2. Co (NO ₂) ₃, nitrito de cobalto (III)

Aplicación de Alimentos y Bebidas: Sodio en sus Alimentos

El elemento sodio, al menos en su forma iónica como Na ⁺, es un nutriente necesario para que los humanos vivan. De hecho, el cuerpo humano es aproximadamente 0.15% de sodio, con la persona promedio que tiene de una vigésima a una décima parte de kilogramo en su cuerpo en un momento dado, principalmente en fluidos fuera de las células y en otros fluidos corporales.

El sodio también está presente en nuestra dieta. La sal de mesa común que usamos en nuestros alimentos es un compuesto iónico de sodio. Muchos alimentos procesados también contienen cantidades significativas de sodio agregado a ellos como una variedad de compuestos iónicos. ¿Por qué se usan tanto los compuestos de sodio? Por lo general, los compuestos de sodio son económicos, pero, lo que es más importante, la mayoría de los compuestos iónicos de Esto permite a los fabricantes de alimentos procesados agregar sustancias que contienen sodio a las mezclas de alimentos y saber que el compuesto se disolverá y distribuirá uniformemente por toda la comida. Los compuestos iónicos simples como el nitrito de sodio (NaNO ₂) se agregan a las carnes curadas, como el tocino y las carnes al estilo deli, mientras que un compuesto llamado benzoato de sodio se agrega a muchos alimentos envasados como conservante. \(\PageIndex{3}\)El cuadro es una lista parcial de algunos aditivos de sodio utilizados en los alimentos. Algunos de ellos quizás reconozcas después de leer este capítulo. Otros quizás no reconozcas, pero todos son compuestos iónicos de sodio con algún ion cargado negativamente también presentes.

Tabla\(\PageIndex{3}\): Algunos compuestos de sodio añadidos a los alimentos

Compuesto de Sodio	Uso en Alimentos
Acetato de sodio	conservante, regulador de acidez
Adipato de sodio	ácido alimentario
Alginato de sodio	espesante, goma vegetal, estabilizador, agente gelificante, emulsionante
Fosfato de sodio y aluminio	regulador de acidez, emulsionante
Aluminosilicato de sodio	agente antiaglomerante
Ascorbato de sodio	antioxidante
Benzoato de sodio	conservante
Bicarbonato de sodio	sal mineral
Bisulfito de sodio	conservante, antioxidante
Carbonato de sodio	sal mineral
Carboximetilcelulosa sódica	emulsionante
Citratos de sodio	ácido alimentario
Deshidroacetato de sodio	conservante
Eritorbato de sodio	antioxidante
Eritorbina sódica	antioxidante
Para-hidroxibenzoato de etilo de sodio	conservante
Ferrocianuro de sodio	agente antiaglomerante
Formiato de sodio	conservante
Fumarato de sodio	ácido alimentario
Gluconato de sodio	estabilizador
Acetato de hidrógeno sódico	conservante, regulador de acidez
Hidróxido de sodio	sal mineral
Lactato de sodio	ácido alimentario
Malato de sodio	ácido alimentario
Metabisulfito de sodio	conservante, antioxidante, agente blanqueador
Para-hidroxibenzoato de metilo de sodio	conservante
Nitrato de sodio	conservante, fijador de color
Nitrito de sodio	conservante, fijador de color
Ortofenilfenol de sodio	conservante
Propionato de sodio	conservante
Para-hidroxibenzoato de propilo de sodio	conservante
Sorbato de sodio	conservante
Estearoillactato de sodio	emulsionante
Sucinatos de sodio	regulador de acidez, potenciador del sabor
Sales sódicas de ácidos grasos	emulsionante, estabilizante, antiaglomerante
Sulfito de sodio	sal mineral, conservante, antioxidante
Sulfito de sodio	conservante, antioxidante
Tartrato de sodio	ácido alimentario
Tetraborato de sodio	conservante

El uso de tantos compuestos de sodio en alimentos preparados y procesados ha alarmado a algunos médicos y nutricionistas. Argumentan que la persona promedio consume demasiado sodio de su dieta. La persona promedio solo necesita alrededor de 500 mg de sodio todos los días; la mayoría de la gente consume más que esto, hasta 10 veces más. Algunos estudios han implicado un aumento de la ingesta de sodio con presión arterial alta; estudios más recientes sugieren que el vínculo es cuestionable. Sin embargo, ha habido un impulso para reducir la cantidad de sodio que la mayoría de las personas ingiere todos los días: evitar los alimentos procesados y manufacturados, leer las etiquetas en los alimentos envasados (que incluyen una indicación del contenido de sodio), evitar el exceso de salazón y usar otras hierbas y especias además de la sal en la cocina.

Figura\(\PageIndex{2}\): Las etiquetas de los alimentos incluyen la cantidad de sodio por porción. Esta etiqueta en particular muestra que hay 75 mg de sodio en una porción de este alimento en particular.

Claves para llevar

• Los iones se forman cuando los átomos pierden o ganan electrones.
• Los compuestos iónicos tienen iones positivos e iones negativos.
• Las fórmulas iónicas equilibran las cargas positivas y negativas totales.
• Los compuestos iónicos tienen un sistema simple de nomenclatura.
• Los grupos de átomos pueden tener una carga global y producir compuestos iónicos.