Las sales y los iones explicados de forma sencilla
Cuando en clase de química se habla de sal, casi nunca se refiere a la del salero. La sal común es solo una entre muchos miles de sales. La cal, el yeso, los abonos, la levadura química, la sal de deshielo, los minerales del agua que bebes: todo eso son sales. Lo que las une no es el sabor, sino la estructura: una sal está formada por iones, partículas con carga eléctrica que se ordenan en una red regular.
Cada ion sodio tiene seis iones cloruro como vecinos y al revés. Aquí está dibujado en plano, pero en realidad el patrón continúa en las tres direcciones del espacio. Los iones cloruro son más grandes porque han aceptado un electrón.
Un ion aparece cuando un átomo cede o acepta electrones. Si cede, le quedan más protones que electrones y adquiere carga positiva: esa partícula se llama catión. Si acepta, queda con carga negativa y se llama anión. Cuántos electrones se mueven lo dice la tabla periódica: los elementos del grupo 1 ceden uno y quedan con una carga positiva, los del grupo 2 ceden dos, los del grupo 13 tres. Leído desde el otro lado, los del grupo 17 aceptan uno y quedan con una carga negativa, los del 16 aceptan dos y los del 15 tres. El número de electrones externos decide, por tanto, directamente la carga, y los dos lados van a por la misma capa externa completa.
Con eso se deduce la fórmula de cualquier sal, y con una sola regla: por fuera el conjunto tiene que ser neutro, así que las cargas positivas y negativas deben anularse exactamente. En el sodio y el cloro se encuentran una carga positiva y una negativa, así que va uno a uno: NaCl. En el calcio y el cloro, el ion calcio aporta dos cargas positivas y cada ion cloruro solo una negativa, así que hacen falta dos: CaCl2. En el aluminio y el oxígeno se enfrentan tres cargas positivas a dos negativas; el mínimo común múltiplo es seis, y se llega a dos iones aluminio y tres iones óxido: Al2O3. Al revés, el óxido de sodio necesita dos iones sodio por cada ion óxido: Na2O.
Los nombres siguen un patrón fijo: primero el no metal con la terminación -uro u óxido, después el metal: cloruro de sodio, óxido de calcio, sulfuro de hierro. Además hay iones formados por varios átomos que aun así viajan como una unidad. Los más importantes son el sulfato (SO42−), el nitrato (NO3−), el carbonato (CO32−), el hidróxido (OH−) y, como único positivo, el amonio (NH4+). Al equilibrar las cargas se tratan como una sola partícula, y por eso el nitrato de calcio lleva paréntesis: Ca(NO3)2.
Las moléculas de agua se giran de modo que su lado negativo mire hacia el ion positivo. Esa envoltura se llama capa de hidratación y es la razón de que las sales se disuelvan en agua.
Eso es exactamente lo que ocurre al disolver. El agua es un dipolo: tiene un lado algo negativo y otro algo positivo. El lado negativo tira de los cationes y el positivo de los aniones. Juntas, esas fuerzas bastan para arrancar iones sueltos de la red. Cada ion liberado queda rodeado al instante por moléculas de agua, la capa de hidratación, y a partir de ahí nada por la disolución por su cuenta. Por eso el agua salada sabe igual de salada en todas partes: los iones se reparten de manera uniforme y ya no quedan granos de sal.
De esa movilidad se deriva una propiedad fácil de medir. Un cristal de sal seco no conduce la electricidad, aunque esté lleno de partículas cargadas: simplemente están fijas. Si lo disuelves en agua o lo fundes a alta temperatura, los iones quedan libres y entonces el líquido conduce muy bien. Las disoluciones y las sales fundidas son por eso electrolitos. Que las sales tengan puntos de fusión tan altos - la sal común funde a 801°C - se debe a la fuerza con que se atraen las cargas dentro de la red. Por qué un cristal se rompe pese a esa dureza lo explica el enlace químico.
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¿Por qué el nitrato de calcio lleva paréntesis y el cloruro de calcio no?
Porque el nitrato está formado por cuatro átomos y aun así es un solo ion. Necesitas dos, y el paréntesis dice que el dos vale para todo el grupo, es decir, dos veces NO3. Sin paréntesis habrías escrito CaNO32, que serían treinta y dos átomos de oxígeno. En el cloruro el ion es un átomo suelto, así que el dos pequeño va justo detrás.
Si el agua salada está hecha de iones, ¿por qué no te da un calambre al bañarte?
En principio sí que conduce, y bastante bien. Lo que falta es una tensión. La corriente solo circula si hay una diferencia, y en el mar no la hay. En cuanto aparece una fuente, por ejemplo un aparato averiado en un pantalán, la cosa se vuelve peligrosa justo entonces, y bastante más en agua salada que en agua dulce.
¿Entonces el azúcar también es una sal? Se disuelve igual.
Buena observación, pero no. El azúcar está formado por moléculas, no por iones. Al disolverse, el agua envuelve moléculas enteras de azúcar; no se parten en trozos con carga. Por eso el agua azucarada no conduce la electricidad y el agua salada sí. Es la prueba más sencilla para distinguirlas.
La sal de deshielo no calienta la carretera: baja el punto de congelación. El agua pura se congela a 0°C porque a esa temperatura las moléculas pueden ordenarse en una red sólida. Con iones disueltos, ese orden se estorba: las moléculas de agua están ocupadas con sus capas de hidratación y les cuesta más juntarse. Así que tiene que hacer más frío para que la red se forme igualmente. Con sal común esto funciona hasta unos −21°C; por debajo, echar más sal ya no ayuda, porque entonces cristaliza también la propia sal. Justo por eso, con heladas fuertes se usa cloruro de calcio, que sirve hasta unos −50°C: aporta tres iones por unidad de fórmula en lugar de dos y estorba proporcionalmente más. El mismo efecto explica que el mar solo se hiele hacia los −1,9°C, y que se eche sal al agua con hielo cuando se quiere que un polo cuaje más rápido.
De dónde salen las cargas y por qué el grupo las delata lo cuenta la estructura del átomo y la tabla periódica. Qué mantiene unidos a los iones en la red lo explica el enlace químico. Y cómo se forman los iones cuando los electrones pasan de una sustancia a otra lo muestra las reacciones redox.
La frase para recordar: una sal no es una molécula, sino una red. Por eso la fórmula solo da una proporción, y esa proporción sale siempre de que las cargas tienen que anularse exactamente.
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