Ionización, formación de moléculas o átomos con carga eléctrica. Los átomos son eléctricamente neutros ya que los electrones con carga negativa son iguales en número a los protones de carga positiva en los núcleos. Al combinarse sodio con cloro, para formar cloruro de sodio, cada átomo de sodio cede un electrón a un átomo de cloro, dando como resultado un ion sodio con carga positiva y un ion cloro con carga negativa. En un cristal de cloruro de sodio la fuerte atracción electrostática entre iones de cargas opuestas mantiene firmemente los iones en su sitio, estableciéndose un enlace iónico. Cuando el cloruro de sodio se funde, los iones tienden a disociarse a causa de su movimiento térmico y pueden moverse libremente. Si se colocan dos electrodos en cloruro de sodio fundido y se le aplica una diferencia de potencial eléctrico, los iones sodio emigran al electrodo negativo y los iones cloro lo hacen al electrodo positivo, produciendo una corriente eléctrica. Cuando se disuelve cloruro de sodio en agua, los iones tienen aún más facilidad para disociarse (por la atracción entre los iones y el disolvente), y esta disolución es un excelente conductor de la electricidad. Las disoluciones de la mayoría de los ácidos inorgánicos, bases y sales son poco conductoras de la electricidad y reciben el nombre de electrólitos. En cambio, las disoluciones de azúcar, alcohol, glicerina y muchas otras sustancias orgánicas son conductoras de la electricidad y se denominan no electrólitos. Los electrólitos que proporcionan disoluciones altamente conductoras se llaman electrólitos fuertes (como el ácido nítrico o el cloruro de sodio) y los que producen disoluciones de baja conductividad reciben el nombre de electrólitos débiles (como el cloruro de mercurio (II) o el ácido etanoico).
Investigación
El químico sueco Svante August
Arrhenius fue el primero en descubrir que algunas sustancias en disolución se encuentran
en forma de iones y no de moléculas, incluso en ausencia de una diferencia de potencial
eléctrico. Entre 1880 y 1890, estableció la hipótesis de que cuando un electrólito se
introduce en una disolución, se disocia parcialmente en iones separados, y que el grado
de disociación depende de la naturaleza del electrólito y de la concentración de la
disolución. Según la teoría de Arrhenius, al disolver una determinada cantidad de
cloruro de sodio en un gran volumen de agua, los iones se disocian en mayor grado que si
esa misma cantidad se disuelve en un volumen menor de agua. El físico holandés Petrus
Debye desarrolló una teoría diferente sobre la disociación de los electrólitos, que
fue ampliamente aceptada a partir de 1923. La llamada teoría de Debye-Hückel afirma que
los electrólitos están totalmente disociados en una disolución. La tendencia de los
iones a emigrar y conducir la electricidad queda retardada por las atracciones
electrostáticas entre los iones de cargas opuestas y entre los iones y el disolvente. A
medida que aumenta la concentración de la disolución, se incrementa el efecto
retardante. Así, una cantidad fija de cloruro de sodio resulta mejor conductor si se
disuelve en un gran volumen de agua, al encontrarse los iones más apartados entre sí,
ejerciendo una atracción menor respecto a los demás y respecto a las moléculas del
disolvente. Sin embargo, los iones no tienen libertad total para emigrar. La constante
dieléctrica del disolvente es otro factor importante en las propiedades de la
disolución. La ionización es mayor en un disolvente como el agua, que tiene una
constante dieléctrica elevada.
La ionización en los
gases
Cuando una partícula de movimiento
rápido, como un electrón, una partícula alfa o un fotón, colisiona con un átomo de
gas, éste expulsa un electrón, dejando un ion cargado. Los iones convierten en conductor
al gas. La cantidad de energía necesaria para extraer un electrón de un átomo se llama
energía de ionización. El principio de ionización de gases mediante diversas formas de
radiación se aplica en la detección y medida de la radiación y en la separación y
análisis de isótopos en el espectrómetro de masas. La atmósfera contiene siempre iones
producidos por la radiación cósmica y la luz ultravioleta.
Cuando un gas está compuesto de un número casi igual de iones positivos y negativos se
denomina plasma. Ejemplos de plasma son las atmósferas de la mayoría de las estrellas,
los gases en el interior de los tubos fluorescentes de los rótulos y anuncios, y los
gases de la capa superior de la atmósfera terrestre. Un gas se transforma en plasma
cuando la energía cinética de las partículas del gas se eleva hasta igualar la energía
de ionización del gas. Cuando alcanza este nivel, las colisiones de las partículas del
gas provocan una rápida ionización en cascada, y el gas se transforma en plasma. Si se
aporta la suficiente energía aplicando calor, la temperatura crítica se situará entre
50.000 y 100.000 K, elevándose a cientos de millones de grados, la temperatura requerida
para mantener el plasma. Otro modo de convertir un gas en plasma consiste en hacer pasar
electrones de alta energía a través del gas. Los físicos nucleares consideran que un
plasma en el interior de un campo magnético cerrado les permitirá aprovechar la enorme
energía de la fusión termonuclear para fines pacíficos. En el plano conceptual, se
trataría de un motor de plasma dirigido para propulsar las naves espaciales.