Ocorre íon positivo ou cátion quando o número de prótons é menor que o número de elétrons.

Um átomo nêutro tem o número de elétrons igual ao número de prótons.

Caso elétrons sejam removidos do átomo, o número de prótons passa a ser maior que o número de elétrons.

Como o próton tem carga positiva, a retirada de elétrons gera um “desequilíbrio de cargas” no átomo, que passa a ter carga positiva.

Um átomo com carga é chamado de íon. Quando a carga é positiva, chamamos de cátion.

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E como isso interfere no raio do átomo?

Quando elétrons são retirados, o raio diminui.

Caso a retirada de elétrons faça com que o átomo perca uma camada inteira da eletrosfera, é relativamente tranquilo de imaginar que o raio vai diminuir.

Afinal, com a última camada do átomo nêutron desocupada, a penúltima camada dele passa a ser a camada de valência do cátion. Com um menor, menor o raio.

Ainda que a perda de elétrons não resulte na perda de uma camada inteira, o raio diminui.

A gente pode imaginar que no átomo neutro, prótons estão atraindo elétrons. Ok. Retirando um elétron, prótons estarão atraindo um número menor de elétrons ( ). Atraindo menos elétrons, esses prótons podem atrair “com mais força” cada elétron individualmente.

É mais fácil segurar 5 melancias ou 4 melancias? Pro núcleo, um número menor de elétrons é mais fácil de “segurar”, então ele consegue manter esses elétrons mais perto, diminuindo o raio.

Com menos elétrons, o efeito de blindagem diminiu e a carga efetiva aumenta.

Com menos elétrons, a repulsão elétron-elétron diminui e eles podem ficar mais “próximos”.

Todos esses são fatores que causam a diminuição do raio.

No texto Distribuição Eletrônica no Diagrama de Pauling, você aprendeu a realizar a distribuição eletrônica dos átomos no estado fundamental, quando possuem a mesma quantidade de prótons e elétrons, sendo neutros.

Por meio das instruções a seguir, você aprenderá como realizar essa mesma distribuição eletrônica no diagrama de Pauling no caso de íons.

Íons são átomos de elementos que ganharam ou perderam elétrons e ficaram carregados eletricamente. O cátion é o íon que perdeu um ou mais elétrons e ficou com carga positiva. Já o ânion é o íon que ganhou um ou mais elétrons e ficou com carga negativa.

A carga elétrica do íon corresponde à diferença entre o número de prótons (cargas positivas) e elétrons (cargas negativas). Por exemplo, se um cátion apresenta a carga 1+, quer dizer que ele perdeu um elétron. Sabemos disso porque ele ficou com um próton a mais, isto é, com uma carga positiva a mais.  Se a carga for 2+ , ele perdeu dois elétrons e assim por diante.

Por outro lado, se a carga for igual a 1-, quer dizer que o átomo recebeu um elétron e se tornou um ânion. Se a carga elétrica for 2-, ele ganhou dois elétrons e assim sucessivamente.

Esses elétrons que são perdidos pelos ânions saem do último nível de energia, da camada de valência, que é a camada mais externa. O mesmo vale para os elétrons que são recebidos.

Assim, a distribuição eletrônica dos íons é feita de forma semelhante à dos átomos neutros, com apenas uma diferença:

Por exemplo, considere o cádmio, que no estado fundamental possui 48 elétrons, portanto a sua distribuição eletrônica é dada por:

A distribuição eletrônica do átomo de cádmio em ordem energética, segundo o diagrama acima, fica assim: 1s2  2s2  2p6  3s2  3p6  4s2 3d10 4p6  5s2  4d10.

Se fôssemos fazer a distribuição eletrônica do cátion bivalente desse elemento (Cd2+), teríamos que retirar 2 elétrons da última camada eletrônica, que é o 5s2:

Distribuição eletrônica de Cd2+ em ordem energética: 1s2  2s2  2p6  3s2  3p6  4s2 3d10 4p6    4d10.

Agora vamos ver um caso envolvendo um ânion:

Primeiro fazemos a distribuição eletrônica para o átomo de iodo no estado fundamental, isto é, com 53 elétrons, que em ordem energética fica assim: 1s2  2s2  2p6  3s2  3p6  4s2 3d10 4p6  5s2  4d10 5p5.

Agora acrescentamos o elétron ganhado no último nível e subnível, que é o 5p:

Distribuição eletrônica de 53I1- em ordem energética: 1s2  2s2  2p6  3s2  3p6  4s2 3d10 4p6  5s2  4d10 5p6.

No caso de não caber a quantidade de elétrons no subnível mais externo, passa-se para o próximo subnível.

No caso dos cátions, se não houver elétrons suficientes para serem retirados do subnível mais externo, retira-se a quantidade que falta do subnível anterior.

Íons são espécies atômicas formadas quando uma espécie eletricamente neutra perde ou ganha elétrons. Dessa forma, podem ser tanto carregados positivamente, sendo chamados de cátions, ou carregados negativamente, sendo chamados de ânions. A carga do íon gerado será numericamente igual ao número de elétrons recebidos ou perdidos pela espécie.

Os íons são formados durante processos reacionais, sendo que a propensão a se tornarem cátions ou ânions dependerá de duas grandezas: a energia de ionização e a afinidade eletrônica. Em geral, metais tendem a se tornar cátions e ametais tendem a se tornar ânions.

Veja também: Raio iônico — a relação entre o aumento e a diminuição do átomo quando ele perde ou ganha elétrons

Resumo sobre os íons

• Íons são formados quando uma espécie eletricamente neutra perde ou ganha elétrons.

• Se há perda de elétrons, o íon gerado é positivo, sendo chamado de cátion.

• Se há ganho de elétrons, o íon gerado é negativo, sendo chamado de ânion.

• Os íons são formados durante processos reacionais, como na clivagem de uma ligação covalente.

• A energia de ionização e a afinidade eletrônica são grandezas importantes para avaliar se uma espécie é mais propensa a ser um ânion ou um cátion.

• Íons podem se ligar por meio de uma junção química chamada de ligação iônica, de grande força e atração.

Videoaula sobre íons

Um íon é uma espécie atômica eletricamente carregada, seja positivamente (cátion) ou negativamente (ânion). São formados quando espécies eletricamente neutras ganham ou perdem elétrons em processos reacionais.

Em geral, um íon pode ser simples ou composto. Os íons simples são aqueles formados por um único elemento químico, enquanto o íon composto é aquele formado por dois ou mais elementos químicos, como é possível perceber nos exemplos a seguir.

• Íons simples: Na+, Fe3+, O2-, Cl-.

• Íons compostos: PO43-, SO32-, NH4+.

Para que servem os íons?

Os íons, por serem eletricamente carregados, têm a capacidade de tornar as soluções condutoras de corrente elétrica, as quais são chamadas de soluções eletrolíticas. É a partir da compreensão dessas soluções que dispositivos de geração de energia elétrica, como as pilhas, foram desenvolvidos.

A exploração dos íons também tem grande importância em processos de separação. As resinas de troca iônica são amplamente utilizadas em laboratórios, onde um composto faz a substituição de um íon de sua estrutura por outro da solução de mesma carga, fazendo a remoção deste íon.

Classificação dos íons

Um íon pode ser carregado positivamente ou negativamente, a depender se a espécie ganhou ou perdeu elétrons. Assim, podem ser classificados como:

• Cátions: íons positivos, gerados a partir da perda de elétrons.

X → Xn+ + n e-

• Ânions: íons negativos, gerados a partir do ganho de elétrons.

Y + n e- → Yn-

Como se formam os íons?

Os íons são formados por meio de processos químicos. O principal deles é a ionização, uma reação química em que energia suficiente é colocada para retirar um ou mais elétrons da camada de valência do átomo neutro. A energia necessária para a retirada do elétron é conhecida como energia de ionização.

Os metais são conhecidos por possuírem baixa energia de ionização, o que significa que possuem grande tendência a perderem elétrons e se tornarem cátions. Por exemplo, são necessários 496 kJ de energia para se retirar os elétrons de valência de um mol de átomos de sódio, formando-se o cátion Na+.

Na + 496 kJ → Na+ + e-

Também é considerada uma reação de ionização a cisão heterolítica de uma ligação covalente, ou seja, uma ruptura em que todos os elétrons da ligação migram para um átomo, gerando um cátion e um ânion, como ocorre na dissolução do cloreto de hidrogênio, HCl.

HCl → H+ + Cl-

Os ânions são formados quando elétrons são inseridos na estrutura atômica. A tendência de um átomo se tornar um ânion é mensurada pela afinidade eletrônica, a energia liberada pela espécie ao receber um elétron. Quanto mais energia liberada, mais aceito pela estrutura é o elétron. Quando elétrons são inseridos na estrutura de um mol de átomos de cloro, por exemplo, há a liberação de 349 kJ de energia.

Cl + e- → Cl- + 349 kJ

Diferenças entre íons, átomos e moléculas

Embora sejam completamente diferentes, os conceitos de íons, átomos e moléculas podem causar confusão em estudantes que estão iniciando seus estudos em Química. Os átomos são os constituintes da matéria, eletricamente neutros, formados basicamente por prótons, nêutrons e elétrons. Quando se ligam por meio de uma ligação química covalente, os átomos dão origem às moléculas. Por isso, compostos covalentes e moléculas são sinônimos.

Já os íons são formados quando átomos (ou até mesmo moléculas) perdem ou ganham elétrons. Isso porque os elétrons estão na região periférica do átomo, a eletrosfera, sendo facilmente retirados ou inseridos na estrutura.

Leia também: Atomística — a área da Química responsável pelo estudo do átomo

Ligação iônica

Íons de cargas opostas podem se ligar por meio de atrações eletrostáticas, conhecidas na Química como ligação iônica. Os compostos iônicos possuem, então, uma parte negativa (ânion) e uma parte positiva (cátion), mantidas por uma forte atração entre cargas opostas. Nessa modalidade de ligação, um elemento de baixa energia de ionização (metal) perde elétrons para um elemento de alta afinidade eletrônica (ametal).

O que chama a atenção nos compostos iônicos é que a forte atração entre as cargas gera estruturas cristalinas bem ordenadas geometricamente. Outra consequência dessa forte atração é que os compostos iônicos acabam se apresentando como sólidos em temperatura ambiente.

Exercícios resolvidos sobre íons

Questão 1

(Colégio Naval, 2017) O elemento químico Al (alumínio), largamente utilizado em utensílios domésticos, tem número atômico 13, número de massa 27, e seu íon Al3+ é muito utilizado no solo. Assinale a opção que apresenta, respectivamente, o número de prótons, elétrons e nêutrons presentes no íon Al3+.

A) 13, 10, 14.

B) 10, 10, 14.

C) 13, 13, 27.

D) 10, 10, 27.

E) 13, 16, 14.

Resolução: Alternativa A

Se a espécie iônica é Al3+, entende-se que é um cátion e foi formado a partir da perda de três elétrons. Assim, como o átomo de alumínio possui 13 elétrons, o íon de alumínio possui apenas dez. Os nêutrons e prótons permanecem inalterados. O número de nêutrons pode ser calculado pelo número de massa (A):

A = Z + n

27 = 13 + n

n = 14

Questão 2

(PUCCamp-SP 2009) O símbolo para o íon cálcio, Ca2+, indica que

I. é um ânion.

II. possui dois prótons a mais que o respectivo átomo neutro.

III. perdeu dois elétrons em relação ao átomo neutro.

Está correto o que se afirma SOMENTE em:

A) I.

B) II.

C) III.

D) I e II.

E) II e III.

Resolução: Alternativa C

O íon Ca2+ é positivo, o que indica que é um cátion, formado a partir da perda de dois elétrons de seu átomo neutro. Nesse processo, o número de prótons se mantém intacto, portanto, não se altera. Dessa forma, apenas a terceira afirmativa está correta.