- Com es forma un catió?
- Càrregues formals i més enllaços
- oxidació
- Diferències amb anió
- Exemples dels cations més comuns
- monoatòmics
- poliatòmics
- referències
Un catió és una espècie química que té càrrega positiva. Conforma al costat de l'anió els dos tipus d'ions existents. La seva càrrega és producte d'una deficiència d'electrons en l'àtom, el que provoca que els protons de l'nucli exerceixin una major atracció. Per cada electró que perdi un àtom neutre, s'incrementa la càrrega positiva en una unitat.
Si un àtom perd un electró, i per tant, el nombre de protons és superior a un, llavors la seva càrrega positiva serà de +1; si perd dos electrons, la càrrega serà de +2, i així successivament. Quan un catió té càrrega +1 es diu que és monovalent; per altra banda, si aquesta càrrega és superior a +1, es diu que el catió és polivalent.
Ion hidroni, un dels cations més simples cations. Font: Gabriel Bolívar.
A la imatge superior es mostra a l'catió H 3 O +, anomenat ió hidroni. Com pot apreciar-se, amb prou feines té una càrrega de +1, tractant-se en conseqüència d'un catió monovalent.
Els cations són espècies importants, ja que exerceixen una força electrostàtica amb el seu medi i les molècules voltant. Presenten una alta interacció amb l'aigua, líquid que els hidrata i transporta en els sòls humits, per després arribar fins a les arrels de les plantes i ser aprofitats per les seves funcions fisiològiques.
Com es forma un catió?
Es va fer esment que quan un àtom perd un electró, el seu major nombre de protons, en relació als electrons, exerceix una força atracció que es tradueix en una càrrega positiva. Però, com pot ocórrer la pèrdua de l'electró? La resposta depèn de la transformació ocorreguda en les reaccions químiques.
Cal ressaltar que la presència d'un àtom amb càrrega positiva no necessàriament implica la formació d'un catió. Perquè pugui considerar-se-com a tal, no ha d'haver un àtom amb càrrega formal negativa que la neutralitzi. En cas contrari, hauria atracció i repulsió dins d'un mateix compost i seria neutre.
Càrregues formals i més enllaços
Els àtoms electronegatius atrauen els electrons dels seus enllaços covalents cap a ells. Tot i que els electrons es comparteixin equitativament, arriba un punt en què parcialment tindran menys electrons que en la seva configuració basal; aquesta és, la dels seus àtoms lliures sense estar enllaçats a altres elements.
Llavors, aquests àtoms electronegatius començaran a experimentar una deficiència d'electrons, i amb això, els protons dels seus nuclis exerciran una força d'atracció major; neix la càrrega formal positiva. Si només hi ha una càrrega formal positiva, el compost manifestarà una càrrega iònica positiva global; neix així el catió.
L'àtom d'oxigen de l'catió H 3 O + és un fidel exemple de l'anterior dit. A l'tenir tres enllaços OH, un més que en la molècula d'aigua (HOH), experimenta de la compartició la pèrdua d'un electró respecte al seu estat basal. Els càlculs de les càrregues formals permeten determinar quan passa això.
Si s'assumeix per un moment la formació d'un altre enllaç OH, s'obtindrà el catió divalent H 4 O 2 +. Cal notar que la càrrega divalent sobre de l'catió s'escriu de la següent manera: nombre seguit el símbol '+'; de la mateixa manera es procedeix amb els anions.
oxidació
Els metalls són formadors de cations per excel·lència. No obstant això, no tots poden formar enllaços covalents (o al menys purament covalents). En lloc d'això, perden electrons per establir enllaços iònics: una càrrega positiva atrau una negativa, unides per forces físiques.
Per tant, els metalls perden electrons per passar de M a M n +, on n en general és igual a el nombre del seu grup a la taula periòdica; encara que n pot prendre diversos valors sencers, la qual cosa ocorre especialment amb els metalls de transició. Aquesta pèrdua d'electrons es porta a terme en un tipus de reacció química anomenada oxidació.
Els metalls s'oxiden, perden un electró, el nombre de protons dels seus àtoms supera el dels electrons, i s'exhibeixen en conseqüència una càrrega positiva. Perquè hi hagi oxidació, ha d'haver un agent oxidant, el qual es redueix o guanya els electrons perdut pels metalls. L'oxigen és l'agent oxidant més conegut de tots.
Diferències amb anió
Contracció de el radi atòmic en un catió. Font: Gabriel Bolívar.
A baix a continuació s'enlistan les diferències entre un catió i anió:
-El catió en general és més petit que l'anió. A la imatge superior es mostra com es redueix el radi atòmic de l'Mg a l'perdre dos electrons i convertir-se en el catió Mg 2+; el contrari ocorre amb els anions: es tornen més voluminosos.
-Té més protons que electrons, mentre que l'anió té més electrons que protons.
-Al ser més petit, la seva densitat de càrrega és més alta, i per tant té un poder polaritzant major; és a dir, deforma els núvols electròniques dels àtoms veïns.
-Un catió es desplaça en el mateix sentit que el de el camp elèctric aplicat, mentre que l'anió ho fa en sentit contrari.
Exemples dels cations més comuns
monoatòmics
Els cations monoatòmics provenen majoritàriament de metalls (llevat de certes excepcions, com l'H +). De la resta, és extremadament rar considerar un catió derivat d'un element no metàl·lic.
Es veurà que molts d'ells són di o polivalents, i que les magnituds de les seves càrregues concorden amb el nombre dels seus grups en la taula periòdica.
-li +
-na +
-K +
-Rb +
-Cs +
-Fr +
-Ag +
Tots tenen en comú la càrrega '1 +', la qual s'escriu sense necessitat de col·locar el nombre, ia més provenen de el grup 1: els metalls alcalins. A part, hi ha el catió Ag +, un dels més comuns dels metalls de transició.
-be 2+
-mg 2+
-ca 2+
-Sr 2+
-ba 2+
-ra 2+
Aquests cations divalents deriven dels seus respectius metalls pertanyents a el grup 2: els metalls alcalinoterris.
-Al 3+
-ga 3+
-in 3+
-tl 3+
-NH 3 +
Cations trivalents de el grup de bor.
Fins aquí els exemples s'han caracteritzat per tenir una única valència o càrrega. Altres cations exhibeixen més d'una valència o estat d'oxidació positiu:
-Sn 2+
-Sn 4+ (estany)
-Co 2+
-Co 3+ (cobalt)
-au +
-Au 3+ (or)
-fe 2+
-Fe 3+ (ferro)
I altres metalls, com el manganès, poden tenir encara moltes més valències:
-Mn 2+
-Mn 3+
-Mn 4+
-Mn 7 +
Mentre més gran sigui la càrrega, més petit i polaritzant serà el catió.
poliatòmics
Sense entrar en química orgànica, hi ha cations inorgànics i poliatòmics que són molt comuns en la vida diària; com ara:
-H 3 O + (hidroni, ja esmentat).
-NH 4 + (amoni).
-NO 2 + (nitronio, present en processos de nitració).
-PH 4 + (fosfoni).
referències
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 maig 2019). Cation Definition and Examples. Recuperat de: thoughtco.com
- Wyman Elizabeth. (2019). Cation: Definition & Examples. Study. Recuperat de: study.com
- Dummies. (2019). Positive and negative ions: cations and anions. Recuperat de: dummies.com
- Wikipedia. (2019). Catió. Recuperat de: es.wikipedia.org