Iones poliatómicos

¿Qué son los iones poliatómicos?

Los iones poliatómicos son todos aquellos compuestos químicos que contienen dos o más átomos, por lo que también se llaman iones moleculares. En contraste, los iones monoatómicos poseen un solo átomo, y derivan de la ganancia o pérdida de electrones que sufren los elementos de la tabla periódica.

Por ejemplo, si echamos un vistazo a los metales, obtendremos cationes: Na⁺, Mg²⁺, Ga³⁺, Ti⁴⁺, etc. Mientras que los elementos no metálicos en esencia nos darán aniones: O^2-, S^2-, F^–, N^3-, etc. En ellos, la carga iónica está plenamente localizada, y en cierta medida sucede lo mismo con los iones poliatómicos, aunque hay miles de excepciones.

En un ion poliatómico, comúnmente la carga negativa reposa sobre los átomos más electronegativos, y tal situación solo sería posible si hubiera enlaces covalentes internos. Al haber enlaces covalentes, estamos ante una molécula o complejo metálico cargados iónicamente. Este tipo de iones predomina enormemente en la química orgánica.

En la química inorgánica, por ejemplo, uno de los iones más conocidos es el anión sulfato, SO₄^2-. Como puede verse, tiene dos elementos: azufre y oxígeno, que suman un total de cinco átomos unidos por enlaces S-O. El SO₄^2- forma parte del yeso y sus variedades mineralógicas, ampliamente utilizados desde tiempos remotos en las labores de construcciones.

Lista de los iones poliatómicos más comunes

A continuación se mencionarán algunos de los iones poliatómicos más comunes. Dos de ellos, cruciales en la química de las disoluciones, provienen de la misma agua.

• Hidronio. El catión hidronio, H₃O⁺, es uno de los cationes poliatómicos más simples. La carga positiva reside en el átomo central de oxígeno. Se genera cuando una molécula de agua gana un hidrógeno.
• Hidroxilo. También conocido como oxidrilo, OH^–, es un anión poliatómico que apenas consta de dos átomos enlazados covalentemente, O-H. La carga negativa se encuentra en el átomo de oxígeno, y se genera cuando una molécula de agua pierde un hidrógeno.
• Carbonato. El anión carbonato, CO₃^2-, se halla en las piedras calizas y en los mármoles, así como en las tizas de los pizarrones. Sus dos cargas negativas se encuentran deslocalizadas por resonancia entre los tres átomos de oxígeno, siendo el carbono el átomo central.
• Nitrato. El anión nitrato, NO₃^–, esencial para las plantas, tiene una estructura muy similar a la del carbonato. Nuevamente, la carga negativa se deslocaliza entre los oxígenos por ser los átomos más electronegativos.
• Amonio. Después del hidronio, el amonio, NH₄⁺, es el catión más relevante debido a que deriva del amoníaco, un gas imprescindible para un sinfín de procesos industriales. El nitrógeno es el átomo central y, pese a ser el más electronegativo, tiene una carga positiva producto de perder un electrón al formar cuatro enlaces N-H.
• Peróxido. El anión peróxido, O₂^2-, es especial porque es diatómico y homonuclear, teniendo un enlace O-O.
• Oxalato. El anión oxalato, C₂O₄^2-, deriva del ácido oxálico, y literalmente es una piedra en los riñones.
• Fosfato. El anión fosfato, PO₄^3-, tiene una gran magnitud de carga, la cual se deslocaliza entre sus cuatro átomos de fósforo por resonancia. Se le encuentra en abundantes minerales y compone los cristales de nuestros huesos.
• Cianuro. El anión cianuro, CN^–, también es diatómico, pero heteronuclear. La carga negativa reside en el átomo de nitrógeno, y tiene un enlace triple, C≡N^–.
• Acetato. El acetato, CH₃COO^–, es quizás el anión poliatómico orgánico más representativo. Nótese que tiene tres elementos y un carácter más molecular que los otros iones (más enlaces covalentes). Este anión podemos obtenerlo del vinagre neutralizado con bicarbonato de sodio.
• Permanganato. Hasta ahora, ningún ion poliatómico ha tenido un átomo central que no sea un elemento no metálico y electronegativo. Sin embargo, para el caso del permanganato, el átomo central es un metal de transición, el manganeso, MnO₄^–, con la carga negativa deslocalizada entre sus cuatro átomos. Este anión es fácil reconocerlo porque sus compuestos suelen tener cristales brillantes de color violeta, los cuales tiñen del mismo color sus disoluciones.
• Cromato. Parecido al caso del permanganato, el cromato, CrO₄^2-, tiene el cromo como átomo central. A diferencia del MnO₄^–, el cromato es divalente, y el color de sus disoluciones no es violeta sino amarillo.

Ejercicios

Ejercicio 1

¿Qué iones componen la siguiente sal? NH₄NaCO₃

La fórmula química ya revela por sí sola la presencia del catión sodio, Na⁺, ya que siempre será poliatómico y no formará enlaces covalentes. A la derecha, se reconoce de inmediato al anión carbonato, CO₃^2-; mientras que a la izquierda, salta a la vista el catión amonio. Por lo tanto, los iones vienen a ser: NH₄⁺, Na⁺ y CO₃^2- (carbonato de sodio y amonio).

Ejercicio 2

¿Qué iones componen la siguiente sal y cuántos de ellos hay por fórmula? MgKPO₄

Nuevamente, buscamos primero los iones monoatómicos; en este caso, potasio, K⁺, y magnesio, Mg²⁺. Nos queda el anión fosfato, PO₄^3-, visible al lado derecho de la fórmula. Por fórmula, tenemos entonces un ion de cada uno, cuya relación es 1:1:1 (1 Mg²⁺: 1 K⁺ : 1 PO₄^3-).

Ejercicio 3

¿Qué iones tiene el siguiente compuesto? AlOH₃. ¿Hay algún problema con él?

La fórmula invita a la confusión. Esta pudiera escribirse también como: AlH₃O. Por lo tanto, tendría dos cationes: Al³⁺ y H₃O⁺, violando la conservación de la neutralidad iónica. Necesariamente debe haber cargas negativas que contrarresten estas cuatro cargas positivas.

Dado este razonamiento, el compuesto AlOH₃ no puede existir. ¿Y qué hay del Al(OH)₃? Este sigue teniendo el catión trivalente Al³⁺, pero ahora sí posee un anión bastante conocido: el hidroxilo, OH^–. Deben haber tres OH^– para que neutralicen la carga positiva del Al³⁺, y es por eso que la relación es 1:3 (1 Al³⁺ : 3 OH^–).

Ejercicio 4

¿Qué iones tiene el siguiente compuesto? K₂Ti(CN)₄

Del ejemplo de Al(OH)₃ sabemos que lo que está dentro del paréntesis es un anión poliatómico; en este caso, el cianuro, CN^–. Asimismo, el potasio es un catión monoatómico K⁺, y habiendo dos de él en la fórmula, sumarían dos cargas positivas. Nos faltarían otras dos cargas positivas, las cuales solo pueden proceder del titanio, Ti²⁺.

Por lo tanto, el K₂Ti(CN)₄ tiene los siguientes iones: K⁺, Ti²⁺ y CN^–, en una relación 2:1:4 (2 K⁺ : 1 Ti²⁺ : 4 CN^–).

Referencias

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8va ed.). CENGAGE Learning.
2. Polyatomic ion. Recuperado de en.wikipedia.org.
3. Tables of Common Polyatomic Ions. Recuperado de chemistry.wustl.edu.
4. Helmenstine, A.M. Polyatomic Ion: Definition and Examples. Recuperado de thoughtco.com.
5. Iones poliatómicos. Recuperado de es.khanacademy.org.