menu
Compartir

Qué son los cationes y para qué sirven

 
Por Francesca Balada. 7 abril 2021
Qué son los cationes y para qué sirven

Los cationes son especies químicas que juegan un papel fundamental en muchos procesos vitales y que tienen múltiples aplicaciones en la industria y la medicina. Si quieres conocer con detalle qué son los cationes y para qué sirven, lee esta lección de unPROFESOR donde te lo explicamos.

También te puede interesar: ¿Para qué sirven los isótopos?

¿Qué son los cationes?

Los cationes son átomos o moléculas que tienen una carga neta positiva. Es decir, son aquellos átomos o moléculas en los que el número de protones en su conjunto supera al número de electrones.

Esta especie química se produce siempre por la pérdida de electrones, puesto que estas son las únicas partículas con carga que pueden abandonar o incorporarse a los átomos o moléculas. Esto es así, puesto que los electrones giran alrededor del núcleo del átomo en un conjunto de órbitas (que reciben el nombre de orbitales) y que, en su conjunto forman la corteza electrónica, que es la parte más externa del átomo.

Los cationes solo se presentan en forma libre en disolución en disolventes polares como por ejemplo el agua. En forma sólida los encontramos formando parte de compuestos iónicos, combinados con aniones; formando sales. También se encuentran formando parte de sustancias metálicas, en las que los cationes forman una red entre la que se mueven los electrones en forma libre.

Qué son los cationes y para qué sirven - ¿Qué son los cationes?

Tipos de cationes

Ahora que ya sabes qué son los cationes, vamos a descubrirte los diferentes tipos que existen. Hay dos:

  • Cationes monoatómicos: Los cationes monoatómicos son aquellos formados por un solo átomo. Se trata de iones de elementos metálicos, que tienen una energía de ionización muy baja. Esto significa que son átomos que se desprenden muy fácilmente de los electrones de su capa más externa (capa de valencia), para alcanzar la estructura de gas noble del periodo anterior. Esta configuración electrónica supone una elevada estabilidad y los elementos metálicos adquieren formas catiónicas con mucha facilidad.
  • Cationes poliatómicos: En este caso se trata de compuestos químicos que están formados por átomos de distintos elementos y que tienen carga neta positiva. No son muy abundantes, algunos ejemplos son: el ión amonio (NH4+), el hidronio (H3O+) o el nitronio (NO2+).

Dentro de los cationes poliatómicos debemos considerar también los cationes orgánicos, se trata de compuestos orgánicos (formados por Carbono como elemento principal) con carga positiva. Este tipo de cationes suele tener naturaleza aromática, es decir, están formadas por anillos de benzeno.

Qué son los cationes y para qué sirven - Tipos de cationes
Imagen: Quimica II

¿Para qué sirven los cationes?

Los cationes son especies químicas, su existencia no implica una “utilidad” intrínseca. Sin embargo, es posible hablar de “utilidad” en lo referente a la importancia tanto físico-química, como biológica de los cationes en multitud de proceso o fenómenos físicos que pueden resultar imprescindibles para el correcto funcionamiento del organismo o bien de sus aplicaciones médicas o procesos industriales de interés económico. Si quieres saber para qué sirven los cationes, aquí te dejamos un repaso de sus usos más frecuentes, ¡toma nota!

Establecer gradientes electroquímicos

Los cationes en general, se encuentran en distintas concentraciones en el medio interno y el externo. Esto hace posible el establecimiento de gradientes electroquímicos en medios separados por una membrana semipermeable como es la membrana celular. Los cationes sodio y potasio son de vital importancia, para el mantenimiento del gradiente electroquímico en el medio interno de los organismos vivos. Mientras que el catión K+ es el más abundante en el medio interno de las células, el sodio es el catión más abundante en el medio (biotopo). Ambos cationes están implicados en complejos mecanismos de transporte.

Regulación de fenómenos osmóticos

La ósmosis consiste en la difusión pasiva (se produce de forma espontánea y no precisa aporte de energía) de agua, a través de una membrana semipermeable, desde un medio con altas concentraciones de un compuesto en disolución, hasta un medio en el que la concentración de dicho compuesto es más baja. Por lo tanto el paso de agua a través de la membrana viene determinado por las diferencias de concentración entre el medio interno y externo de la célula.

Establecer el pH del medio interno

El pH de una disolución es el nivel de concentración de iones hidrógeno (H+) en una disolución. Este parámetro es una de vital importancia para la supervivencia de los organismos y debe mantenerse dentro de unos límites estrechos; para garantizar el correcto funcionamiento de los enzimas que regulan las reacciones metabólicas y otras funciones vitales.

Funciones biológicas específicas de los cationes

Además de participar en el mantenimiento de la homeostasis, el pH del medio o los gradientes electroquímico; algunos cationes llevan a cabo funciones específicas dentro del organismo. Por ejemplo, el catión calcio (Ca2+) es fundamental en la contracción muscular y los cationes sodio (Na+) y potasio (K+) son fundamentales en la transmisión del impulso eléctrico a lo largo del axón de las neuronas.

También encontramos cationes asociados a sustancias orgánicas como proteínas u otras biomoléculas. Es el caso del catión ferroso (Fe2+) que se encuentra formando parte del centro activo de la hemoglobina y es fundamental para el transporte de oxígeno en sangre. Otro ejemplo es el del catión mangnesio (Mg2+) que forma parte del centro activo de la clorofila, el pigmento fotosintético de las plantas.

Formando parte de sales encontramos el Calcio en forma sólida formando parte de estructuras de soporte o protección como son las conchas, los caparazones y del esqueleto.

Aplicaciones médicas e industriales de los cationes

Los cationes tienen múltiples aplicaciones en la industria y en medicina tanto en su forma libre (en solución) como formando parte de sales. A continuación veremos algunos ejemplos del uso de cationes o sales tanto a nivel industrial como en medicina.

Cationes metálicos como agentes antimicrobianos

El catión plata (Ag+) tiene efectos bactericidas a bajas concentraciones, En medicina, se utiliza sobretodo en el tratamiento de quemaduras.

A nivel industrial se utilizan también cationes metálicos, como el cobre, el zinc o el titanio, incluidos en nanopartículas, como agentes antimicrobianos. En áreas de aplicación tan diversas como la fabricación textil, la alimentación animal y la industria farmacéutica y cosmética.

Fabricación de baterías eléctricas

En la fabricación de baterías eléctricas recargables de ion Litio (Li+). Se trata de baterías extremadamente eficientes, de carga rápida y con una vida útil que puede alcanzar los 10 años. Otra de las ventajas que presentan es que son relativamente baratas de producir. Estas baterías tienen múltiples aplicaciones puesto que se utilizan en teléfonos móviles, ordenadores portátiles y coches eléctricos. Los inventores de estas baterías, Goodenough, Whittingham y Yoshino, recibieron el premio Nobel de Química en 2019.

Obtención de imágenes de resonancia magnética

Los cationes son paramagnéticos, es decir, tienen tendencia a alinearse paralelamente a un campo magnético. Esta propiedad se utiliza en medicina en la obtención de imágenes para el diagnóstico de enfermedades o lesiones. En concreto, la técnica de obtención de imágenes por resonancia magnética con contraste. El contraste es un “tinte” que permite la formación de la imagen y que se administra previamente al paciente por vía intravenosa. Las soluciones del catión Gadolinio (Gd3+) que se une a compuestos orgánicos permitiendo la formación de imágenes.

Qué son los cationes y para qué sirven - ¿Para qué sirven los cationes?

Si deseas leer más artículos parecidos a Qué son los cationes y para qué sirven, te recomendamos que entres en nuestra categoría de El átomo.

Bibliografía
  • A. Rodríguez Navarro.(1981). El potasio y el sodio en las células vivas. Investigación y ciencia. Barcelona: Prensa científica S.L.
  • Sara Madrid Fernández.(2019). Seguridad de medios de contraste en la resonancia magnética nuclear. Madrid: Universidad Complutense de Madrid.
  • Simon Silver,* Jeng-Fan Lo,* Amit Gupta*.( 2000). Los cationes de plata como agentes antimicrobianos: usos clínicos y resistencia bacteriana. Enfermedades Infecciosas y Microbiología.
  • Juan Pedro Campos.(2019). Premio Nobel de química 2019 para el desarrollo de las baterías de litio. Investigación y ciencia. Barcelona: Prensa científica S.L.
Más lecciones de Conceptos generales del átomo

Pregunta al profesor sobre Qué son los cationes y para qué sirven

¿Qué te ha parecido el artículo?
Qué son los cationes y para qué sirven
Imagen: Quimica II
1 de 4
Qué son los cationes y para qué sirven

Volver arriba