Cátions

O átomo é formado por partículas subatômicas denominadas prótons, elétrons e nêutrons. Os nêutrons não possuem carga elétrica, enquanto que os prótons possuem carga positiva e os elétrons, negativa. A carga elétrica de um átomo isolado é neutra, pois a quantidade de prótons é igual à quantidade de elétrons.

Os átomos possuem a capacidade de ganhar ou perder elétrons, dependendo de sua localização na tabela periódica. Segundo a Regra do Octeto, os átomos tendem a estabilizar com oito elétrons na sua camada de valência. Assim, os átomos das famílias IA, IIA e IIIA apresentam maior facilidade em perder elétrons e transformam-se em íons denominados cátions. Já os átomos das famílias VA, VIA e VIIA possuem maior facilidade em ganhar elétrons transformando-se em íons denominados ânions.

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Quando um elemento perde elétrons em uma ligação química, a quantidade de prótons excede a quantidade de elétrons e ele se transforma em um sistema eletricamente positivo, ou seja, um cátion. Já quando o elemento ganha elétrons, a quantidade de elétrons excede a quantidade de prótons e ele se transforma em um sistema eletricamente negativo, ou seja, um ânion.

Para calcular a carga elétrica de um átomo, basta somar o número de prótons (p), que são positivos, com o número de elétrons (e-), que são negativos. Deve-se levar em consideração as cargas positivas e negativas para realizar a conta. Matematicamente, teríamos:

Carga elétrica total = p – e-

O sinal negativo vem da carga dos elétrons.

Observe abaixo alguns exemplos de cátions:

• Um átomo de sódio (₁₁Na²³) eletricamente neutro possui 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons (n = A – Z = 23 – 11 = 12). A carga elétrica desse átomo é +11 – 11 = 0. Ao perder 1 elétron de sua camada de valência ele transforma-se em um cátion sódio (Na⁺), passando a possuir 11 prótons, 10 elétrons e 12 nêutrons. A carga elétrica desse íon passa então a ser +11 – 10 = +1

• Um átomo de cálcio (₂₀Ca⁴⁰) eletricamente neutro possui 20 prótons, 20 elétrons e 20 nêutrons (n = A – Z = 40 – 20 = 20). A carga elétrica desse átomo é +20 – 20 = 0. Ao perder 2 elétrons de sua camada de valência ele transforma-se em um cátion cálcio (Ca²⁺), passando a possuir 20 prótons, 18 elétrons e 20 nêutrons. A carga elétrica desse íon passa então a ser +20 – 18 = +2.
• Átomo de cálcio se transformando em um Cátion cálcio.
• Um átomo de alumínio (₁₃Al²⁷) eletricamente neutro possui 13 prótons, 13 elétrons e 14 nêutrons (n = A – Z = 27 – 13 = 14). A carga elétrica desse átomo é +13 – 13 = 0. Ao perder 3 elétrons de sua camada de valência ele transforma-se em um cátion cálcio (Al³⁺), passando a possuir 13 prótons, 10 elétrons e 14 nêutrons. A carga elétrica desse íon passa então a ser +13 – 10 = +3.

Podemos ver pelas imagens que todos os cátions possuem raios atômicos menores que seus respectivos átomos. Isso porque perderam seus elétrons de valência, logo a quantidade de prótons tornou-se maior e o núcleo passou a exercer uma força de atração mais forte sobre os elétrons remanescentes, aproximando-os ao núcleo e diminuindo o raio atômico.

• O íon que apresentar valência +1 é chamado de cátion monovalente ou íon monovalente positivo.
• O íon que apresentar valência +2 é chamado de cátion bivalente ou íon bivalente positivo.
• O íon que apresentar valência +3 é chamado de cátion trivalente ou íon trivalente positivo.

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Nomenclatura de Cátions

Os cátions podem ser monoatômicos, quando formados por um só átomo, ou poliatômicos, quando formados por mais de um átomo. 

A nomenclatura dos cátions monoatômicos é a própria nomenclatura do elemento precedido pela palavra “íon”. Exemplo:

• Na+ → íon sódio
• Ca2+ → íon cálcio
• Al3+ → íon alumínio

Quando um elemento formar cátions monovalentes com diferentes estados de oxidação, a nomenclatura dos íons poderá ocorrer de duas formas: pelo sistema Stock ou pelo sistema oso-ico. No sistema Stock, o estado de oxidação do elemento é indicado por meio de um número em algarismos romanos entre parênteses e sem espaço após o seu nome. já o sistema oso-ico é usado para indicar os estados de oxidação menor e maior, respectivamente. Exemplos:

• Cu+ → estado de oxidação +1 → íon cobre(I) ou íon cuproso
• Cu2+ → estado de oxidação +2 → íon cobre(II) ou íon cúprico
• Sn2+ → estado de oxidação +2 → íon estanho(II) ou íon estanoso
• Sn4+ → estado de oxidação +4 → íon estanho(IV) ou íon estânico
• Cr2+ → estado de oxidação +2 → íon crômio(II) ou íon cromoso
• Cr3+ → estado de oxidação +3 → íon crômio(III) ou íon crômico
• Fe2+ → estado de oxidação +2 → íon ferro(II) ou íon ferroso
• Fe3+ → estado de oxidação +3 → íon ferro(III) ou íon férrico
• Co2+ → estado de oxidação +2 → íon cobalto(II) ou íon cobaltoso
• Co3+ → estado de oxidação +3 → íon cobalto(III) ou íon cobáltico
• Ti2+ → estado de oxidação +2 → íon titânio(II) 
• Ti3+ → estado de oxidação +3 → íon titânio(III) ou íon titanoso
• Ti4+ → estado de oxidação +4 → íon titânio(IV) ou íon titânico

Os cátions poliatômicos, por sua vez, podem ser nomeados de diversas maneiras, dependendo do tipo. Os cátions que apresentam um ou mais átomos de oxigênio ligados a um átomo de outro elemento são nomeados com o sufixo -ilo. Exemplo:

• UO22+ → íon uranilo(VI)
• NO+ → íon nitrosilo

Alguns átomos poliatômicos são nomeados universalmente de modo tradicional, como no caso do íon amônio (NH4+). O íon oxônio (H3O+) é mais chamado de íon hidrônio. Já o íon diatômico Hg22+ pode ser chamado tanto de íon mercúrio(I) como de íon mercuroso, como se fosse um íon monoatômico.