Un ió és una partícula carregada elèctricament que es forma quan un àtom o una molècula guanya o perd un o diversos electrons. Els àtoms solen tenir una quantitat igual d'electrons i protons, cosa que els fa elèctricament neutres. No obstant això, quan un àtom guanya o perd electrons, adquireix una càrrega neta positiva o negativa, i es converteix en un ió.
Si un àtom perd electrons, es converteix en un ió amb càrrega positiva, anomenat catió. D'altra banda, si un àtom guanya electrons, es converteix en un ió amb càrrega negativa, anomenat anió.
Els cations i anions es representen amb el símbol de l'àtom corresponent i el caràcter “+” (cations) o “-” (anions).
Tipus d'ions: cations i anions
Hi ha diferents tipus d'ions segons la càrrega elèctrica que posseeixin. Els dos tipus principals són:
Cations
Els cations són ions amb càrrega positiva a causa de la pèrdua delectrons, per aquest motiu són més petits. Els cations més comuns són aquells formats a partir dels metalls alcalins i alcalinoterris a la taula periòdica.
Alguns exemples de cations són:
-
Ion sodi (Na+)
-
Ion potassi (K+)
-
Ió calci (Ca2+)
-
Ió magnesi (Mg2+)
Anions
Els anions són ions amb càrrega negativa a causa del guany delectrons, per aquest motiu són més grans i pesats. Els anions més comuns són aquells formats a partir de no metalls a la taula periòdica.
Alguns exemples d'anions són:
-
Ion clorur (Cl-)
-
Ió sulfat (SO42-)
-
Ion nitrat (NO3-)
-
Ió hidròxid (OH-)
Ions poliatòmics
A més d'aquests, hi ha altres tipus d'ions més específics, com els ions poliatòmics, que són molècules carregades elèctricament compostes per diversos àtoms. Alguns exemples són:
-
Ió carbonat (CO32-)
-
Ió amoni (NH4+)
-
Ió sulfat (SO42-)
Relació amb les cel·les galvàniques
En un sistema electroquímic, com ara una cel·la o una bateria, ocorren reaccions d'oxidació i reducció en ànode i el càtode.
-
Ànode: És l'elèctrode on passa l'oxidació, és a dir, on els àtoms o molècules perden electrons per convertir-se en ions positius (cations). Per tant, l'ànode s'associa amb la generació d'ions positius.
-
Càtode: És l'elèctrode on passa la reducció, és a dir, on els ions positius (cations) guanyen electrons per convertir-se en àtoms o molècules neutres. Per tant, el càtode té a veure amb la reducció d'ions positius.
En una cel·la electroquímica, els ions flueixen des de l'ànode cap al càtode mitjançant un medi conductor, mentre que els electrons flueixen en la direcció oposada, des de l'ànode cap al càtode a través d'un circuit extern.
Això permet el flux de corrent elèctric al sistema electroquímic.
Com es generen els ions?
Els ions es generen a través de diferents processos, els quals poden ser:
Ionització per transferència delectrons
Aquest procés passa quan un àtom guanya o perd electrons per formar un ió carregat elèctricament. Si un àtom guanya electrons, es forma un ió negatiu (anió) i si perd electrons, es forma un ió positiu (catió). La transferència delectrons pot ocórrer durant reaccions químiques o per la interacció amb camps elèctrics externs.
Ionització per dissociació
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 energia de ionització és lenergia necessària per eliminar un electró.
El segon és necessari per eliminar dos electrons. Les energies d'ionització resultants són sempre relativament més grans que les anteriors.