O que são íons e como prever sua carga?

Os átomos são neutros, os íons não

Um átomo tem prótons de carga positiva no núcleo e elétrons de carga negativa ao redor. Em um átomo neutro, os números são iguais, então as cargas se anulam. Um átomo de sódio tem 11 prótons e 11 elétrons, então sua carga total é zero.

Em uma reação química, o núcleo não muda, mas os elétrons podem passar de um átomo para outro. Se um átomo fica com um número de elétrons diferente do de prótons, ele tem carga total e é chamado de íon. Você encontra a carga com uma subtração: carga = prótons − elétrons.

Cátions e ânions

Quando um átomo perde elétrons, ele fica com mais prótons que elétrons, então sua carga é positiva. Um íon positivo é chamado de cátion. O sódio perde 1 elétron: 11 prótons − 10 elétrons = +1, então o íon é Na⁺. O magnésio perde 2 elétrons: 12 prótons − 10 elétrons = +2, escrito Mg²⁺.

Quando um átomo ganha elétrons, ele fica com mais elétrons que prótons, então sua carga é negativa. Um íon negativo é chamado de ânion. O cloro ganha 1 elétron: 17 prótons − 18 elétrons = −1, então o íon é Cl⁻. O oxigênio ganha 2 elétrons: 8 prótons − 10 elétrons = −2, escrito O²⁻.

Para escrever uma carga, coloque o número primeiro e o sinal depois, como expoente: Mg²⁺, e não Mg⁺². Se a carga for 1, omita o número, como em Na⁺ e Cl⁻.

Por que os átomos ganham ou perdem elétrons

Os átomos são mais estáveis com a camada externa completa, como os gases nobres. Os elétrons do sódio estão distribuídos como 2, 8, 1. Perder seu único elétron externo deixa 2, 8, a mesma distribuição do neônio. Ganhar 7 elétrons exigiria muito mais energia, então o sódio perde 1.

O cloro tem distribuição 2, 8, 7. Ganhar apenas 1 elétron dá a ele 2, 8, 8, igual ao argônio. Em geral, os metais têm poucos elétrons externos e tendem a perdê-los, formando cátions, enquanto os ametais têm muitos elétrons externos e tendem a ganhar mais, formando ânions.

Como prever as cargas pelo grupo

Para os elementos dos grupos principais, a tabela periódica indica a carga usual. Os metais do grupo 1 formam íons +1 (Li⁺, Na⁺, K⁺), os metais do grupo 2 formam íons +2 (Mg²⁺, Ca²⁺) e o alumínio, do grupo 13, forma Al³⁺.

No lado direito, conte quantos elétrons cada átomo precisa para chegar a 8. Os elementos do grupo 15 têm 5 elétrons externos e precisam de mais 3, então formam íons −3 (N³⁻). Os elementos do grupo 16 precisam de mais 2 e formam íons −2 (O²⁻, S²⁻), e os do grupo 17 precisam de mais 1 e formam íons −1 (F⁻, Cl⁻, Br⁻). Os gases nobres já têm a camada completa, então sua carga é 0. O carbono e o silício, do grupo 14, geralmente compartilham elétrons em vez de formar íons simples.

Muitos metais de transição podem formar mais de um íon. O ferro forma Fe²⁺ e Fe³⁺, e o cobre forma Cu⁺ e Cu²⁺. Seus nomes usam um algarismo romano para indicar a carga: ferro(II) significa Fe²⁺ e ferro(III) significa Fe³⁺.

Como nomear os íons e combiná-los

Um cátion mantém o nome do seu elemento: Na⁺ é o íon sódio e Ca²⁺ é o íon cálcio. Um ânion monoatômico muda sua terminação para -eto: cloro vira cloreto (Cl⁻), enxofre vira sulfeto (S²⁻) e nitrogênio vira nitreto (N³⁻); o oxigênio é um caso especial e vira óxido (O²⁻).

Em um composto, as cargas positivas e negativas precisam somar zero. Na⁺ e Cl⁻ se equilibram na proporção de um para um, formando o NaCl, o sal de cozinha. O cloreto de cálcio precisa de dois íons Cl⁻ para cada Ca²⁺, então sua fórmula é CaCl₂. O óxido de alumínio precisa de dois íons Al³⁺ (+6 no total) e três íons O²⁻ (−6 no total), então é Al₂O₃.