Pero este sencillo principio tiene una aplicación importante: quemar un compuesto desconocido es una forma estupenda de comprobar la presencia de iones metálicos. En este artículo exploraremos cómo podemos utilizar las llamadas pruebas de la llama para identificar iones metálicos desconocidos. También veremos la prueba del hidróxido sódico y pruebas para otros tipos de iones.
- Este artículo trata sobre las pruebas para iones metálicos en química.
- Empezaremos por definir los iones metálicos antes de ver sus tipos.
- A continuación, descubriremos dos formas de comprobar la presencia de iones metálicos: las pruebas de la llama y la prueba del hidróxido sódico.
- Exploraremos sus métodos y resultados. También profundizaremos en la química que hay detrás de las pruebas de la llama.
- Después, te presentaremos las pruebas de los iones negativos.
- Por último, resumiremos algunas de las ventajas e inconvenientes de las pruebas de iones metálicos.
Iones metálicos: definición y tipos
Así pues, los fuegos artificiales contienen metales, y estos metales son los responsables de sus brillantes colores. Por ejemplo, los fuegos artificiales rojos suelen contener litio. Sin embargo, el litio de los fuegos artificiales no está en forma de átomos de litio. En cambio, está en forma de iones de litio, un tipo de ion metálico. Veamos los iones metálicos un poco más de cerca.
Definición de ión metálico
En primer lugar, ¿qué son los iones metálicos?
Los ionesmetálicos son partículas cargadas positivamente que se forman cuando un átomo metálico pierde uno o más electrones.
Por ejemplo, los átomos de litio tienen 3 protones y 3 electrones. Tienen carga neutra y los representamos con las letras Li. Los iones de calcio, en cambio, tienen 3 protones pero sólo 2 electrones. Tienen una carga positiva de +1. Los representamos con las letras Li+.
Recuerda que los electrones son negativos. Esto significa que cuando un átomo pierde electrones, se carga positivamente. A los iones cargados positivamente los llamamos cationes. Ten en cuenta que todos los iones metálicos son positivos, y también todos los cationes, ¡pero no todos los cationes son iones metálicos!
Tipos de iones metálicos
Hay muchos tipos de iones metálicos. Aquí tienes algunos de los más comunes que encontrarás en tus estudios de GCSE. Hemos incluido información sobre sus cargas, estructuras electrónicas y el número de electrones que han perdido en comparación con su átomo neutro:
| Nombre | Fórmula | Carga | Estructura electrónica | Número de electrones perdidos |
| Litio | Li+ | +1 | 2, 0 | 1 |
| Sodio | Na+ | +1 | 2, 8, 0 | 1 |
| Potasio | K+ | +1 | 2, 8, 8, 0 | 1 |
| Magnesio | Mg2+ | +2 | 2, 8, 0 | 2 |
| Calcio | Ca2+ +2 | +2 | 2, 8, 8, 0 | 2 |
| Aluminio | Al3+ | +3 | 2, 8, 0 | 3 |
| Cobre(II) | Cu2+ | +2 | * | 2 |
| Hierro(II) | Fe2+ | +2 | * | 2 |
| Hierro(III) | Fe3+ | +3 | * | 3 |
Tanto el cobre como el hierro son metales de transición. Como consecuencia, tienen estructuras electrónicas algo más complicadas. Encontrarás más información sobre la disposición de los electrones en los metales de transición si estudias Química en el nivel A; el artículo Configuración de los electr ones debería ayudarte. Pero para refrescar los conceptos básicos de la disposición de los electrones en iones y átomos, visita Estructuras electrónicas.
Iones metálicos y compuestos iónicos
Los iones metálicos no suelen encontrarse solos. En su lugar, se enlazan con iones negativos para formar un compuesto iónico. Por ejemplo, los iones de litio de los fuegos artificiales rojos suelen estar unidos a iones carbonato (CO3-). Sin embargo, podemos separar los iones de los compuestos iónicos disolviéndolos en agua. Así se forma una solución acuosa.
Pruebas de los iones metálicos positivos
Ahora que sabemos lo que son los iones metálicos, podemos ver cómo realizar pruebas para detectarlos. Hay dos pruebas principales para los iones metálicos positivos que debes conocer para tu examen GCSE:
- La prueba de la llama.
- La prueba del hidróxido de sodio.
Primero veremoslas pruebas de la llama. Ciertos iones metálicos arden con colores brillantes cuando los sostienes en la llama de un mechero Bunsen, y ésta es una forma de identificarlos. Aprenderás el método de este experimento y los resultados que puedes esperar.
A continuación te presentaremos la prueba del hidróxido de sodio. Ciertos iones metálicos forman un precipitado de hidróxido cuando se mezclan con hidróxido sódico (NaOH). El precipitado también puede utilizarse para identificar el ion metálico desconocido. Una vez más, conocerás el método, junto con los resultados.
Prueba de los iones metálicos: prueba de la llama
Si sumerges una varilla metálica en una solución que contenga un ion metálico, la varilla se cubre del ion. A continuación, puedes probar a mantener el extremo húmedo de la varilla en la llama de un mechero Bunsen. Algunos iones metálicos hacen que la llama cambie de color. Por ello, las llamadas pruebas de la llama son una forma práctica de comprobar la presencia de iones metálicos.
¿Qué color te gustaría ver: un rojo brillante o un amarillo soleado? Si tu solución contiene una mezcla de diferentes iones metálicos, ¡podrías incluso producir un arco iris de tonalidades! Sin embargo, lo más probable es que el color de un ion enmascare los colores de los demás. Esto significa que las pruebas de llama no son la mejor forma de analizar mezclas.
Método
A continuación te explicamos cómo realizar pruebas de llama para identificar iones metálicos desconocidos:
- Sumerge un asa de alambre en ácido clorhídrico concentrado (HCl) y mantenla en la llama azul de un mechero Bunsen. Esto limpia el bucle.
- Sumerge el bucle en el ácido concentrado una segunda vez antes de sumergirlo en una solución que contenga un ion metálico desconocido. También puedes sumergir el asa en un sólido iónico en polvo.
- Mantén de nuevo el asa en la llama del mechero Bunsen. Observa el aspecto de la llama. ¿Sigue siendo azul o cambia de color?
- Sigue manteniendo el bucle en la llama hasta que ésta se aclare. A continuación, repite el proceso con otra solución de iones metálicos o con otro sólido iónico. Asegúrate de limpiar el bucle entre cada prueba, como hiciste en el paso 1.
Fig. 1: Diagrama que muestra el proceso de una prueba de llama para iones metálicos.
Lo ideal es que el bucle de alambre sea de platino, porque este metal no afecta al color de la llama. Además, es estable a altas temperaturas. Sin embargo, el platino suele ser demasiado caro para utilizarlo en las escuelas, por lo que en su lugar se prefiere el nicromo (una mezcla de níquel y cromo).
Resultados
Verás que algunos iones metálicos arden con colores brillantes. Sin embargo, algunos no tienen ningún efecto visible sobre la llama. Con un poco de suerte, obtendrás los siguientes resultados:
| Iones metálicos | Color de la llama |
| Litio (Li+) | Carmesí |
| Sodio (Na+) | Amarillo |
| Potasio (K+) | Lila |
| Calcio (Ca2+) | Naranja-rojo |
| Cobre (Cu+) | Verde |
Aquí tienes una guía visual de los colores de llama producidos al quemar los metales de la tabla anterior:
Fig. 2: Los colores de la llama producidos por diversos iones metálicos en las pruebas de la llama...
La química detrás de las pruebas de la llama
Si has leído el artículo Estructura atómica y tabla periódica, sabrás que todos los átomos y (casi todos) los iones contienen electrones, que se encuentran en capas que orbitan alrededor del núcleo. En Estructuras electrónicas, ampliarás estos conocimientos para aprender que las distintas envolturas de electrones tienen distintos niveles de energía. Las que están más cerca del núcleo tienen menor energía, mientras que las que están más lejos del núcleo tienen mayor energía. Estos diferentes niveles de energía son los responsables de los colores brillantes que se ven en las pruebas con llamas.
Cuando quemas determinados metales o iones metálicos, algunos de sus electrones saltan de una envoltura a una segunda. La segunda capa tiene un nivel de energía más alto.
Cuando un electrón salta a una capa de mayor energía, decimos que está excitado. Pero los electrones excitados hacen que el metal sea inestable, por lo que el electrón vuelve rápidamente a su envoltura inicial. Al descender de nuevo, libera energía en forma de luz visible. El color de la luz está relacionado con la diferencia entre los niveles de energía de las dos envolturas. Como los metales tienen diferentes estructuras electrónicas, sus electrones saltan a diferentes envolturas, lo que significa que los distintos metales arden con llamas de distinto color.
Prueba de los iones metálicos: la prueba del hidróxido sódico y los precipitados de hidróxido
Ya hemos terminado de ver las pruebas de la llama: ésa es la primera forma de identificar iones metálicos que se ha tratado. Sin embargo, existe una prueba alternativa habitual para los iones metálicos. Se conoce como prueba del hidróxido sódico y funciona formando un precipitado de hidróxido metálico. Verás, algunos precipitados de hidróxido metálico son completamente insolubles. Otros son solubles, pero sólo en exceso de hidróxido de sodio. Además, algunos son blancos, mientras que otros son coloreados. El precipitado de hidróxido nos ayuda a identificar el ion metálico.
Método
Para realizar la prueba del hidróxido de sodio
- Vierte aproximadamente 10 cm3 de una solución de catión metálico en un tubo de ensayo.
- Añade unas gotas de solución de hidróxido sódico (NaOH) al tubo de ensayo utilizando una pipeta.
- Observa cualquier cambio y anota los resultados.
- Añade poco a poco más hidróxido sódico hasta que sobre, anotando de nuevo cualquier observación.
- Repite el experimento con diferentes soluciones de cationes metálicos.
Resultados
Al igual que en la prueba de la llama, en este experimento algunos iones metálicos dan un resultado evidente. En cambio, otros no producen ningún cambio visible. Éstos son los resultados que puedes esperar al realizar la prueba de los iones metálicos con hidróxido sódico:
| Iones presentes | Observación | |
| Pequeño volumen de NaOH | Exceso de NaOH | |
| Ca2+ | Precipitado blanco | Insoluble |
| Mg2+ | Precipitado blanco | Insoluble |
| Al3+ | Precipitado blanco | El precipitado se disuelve |
| Cu2+ | Precipitado azul | Insoluble |
| Fe2+ | Precipitado verde que lentamente se vuelve marrón (marrón "sucio") | Insoluble |
| Fe3+ | Precipitado marrón rojizo | Insoluble |
Trataremos la prueba del hidróxido sódico con mucho más detalle en otro artículo. Allí descubrirás la química que hay detrás de la prueba y aprenderás a escribir ecuaciones químicas equilibradas para las reacciones que tienen lugar. También te ofrecemos un práctico diagrama de flujo que resume los resultados. Para más información, visita Prueba del hidróxido sódico .
Prueba de los iones negativos
Tanto la prueba de la llama como la del hidróxido sódico ayudan a identificar los cationes metálicos positivos. Sin embargo, no sirven para detectar los iones negativos, conocidos como aniones. En su lugar, utilizamos otras pruebas:
Buscamos iones carbonato (CO32- ) utilizando ácido clorhídrico (HCl).
Identificamos iones sulfato (SO42- ) utilizando ácido clorhídrico (HCl ) y solución de cloruro de bario (BaCl2).
Por último, detectamos iones haluro utilizando ácido nítrico (HNO3) y solución de nitrato de plata (AgNO3).
Visita Prueba de los aniones para obtener toda la información que necesitas saber sobre estas tres pruebas, incluidos los métodos, los resultados y la explicación química.
Prueba de los iones metálicos: pros y contras
Por último, consideremos los pros y los contras de las pruebas para iones metálicos. Puede que ya hayas pensado en algunas ventajas e inconvenientes de las pruebas mientras leías este artículo. Si no es así, intenta pensar en algunas ahora: criticar procesos y técnicas químicas es una habilidad útil. Por ejemplo, ¿las pruebas de la llama sirven para todos los metales? ¿Son fáciles de realizar o requieren un equipo especializado? Además, ¿te dicen algo los resultados sobre la cantidad de ion metálico presente?
Pues bien, tanto la prueba de la llama como la del hidróxido sódico son ejemplos de pruebas químicas sencillas. No requieren ningún equipo especializado y son baratas y sencillas de realizar en cualquier laboratorio. Sin embargo, tienen sus inconvenientes:
- Las pruebas químicas de iones metálicos no son tan exactas, sensibles ni precisas como los métodos instrumentales de análisis químico, como la espectroscopia de emisión de llama. Además, son mucho más lentos.
- Las pruebas químicas tampoco te informan de la concentración o cantidad de iones metálicos presentes. En consecuencia, estas pruebas se utilizan mejor cualitativamente, no cuantitativamente.
- Además, las pruebas de la llama y la prueba del hidróxido sódico no pueden utilizarse con muestras traza.
- Además, ambas pueden dar resultados similares para varios cationes diferentes. Además, no todos los metales dan cambios visibles en estas dos pruebas. Esto significa que tienes que realizar más pruebas para determinar su identidad.
- Por ejemplo, el litio no es el único metal que arde con una llama roja. Metales como el estroncio también lo hacen, y puede ser difícil distinguir las distintas tonalidades.
- Del mismo modo, en la prueba del hidróxido sódico, los iones Ca2+, Mg2+ y Al3+ producen un precipitado blanco.
- Por último, no pueden utilizarse para mezclas de iones metálicos.
Más arriba mencionamos los métodos instrumentales de análisis químico. Estas técnicas son mucho más sensibles y precisas que las pruebas químicas básicas, pero a menudo requieren maquinaria costosa y formación especializada. Aprende todo sobre ellas en Análisis instrumental.
Prueba de los iones metálicos - Puntos clave
- Los ionesmetálicos son partículas cargadas positivamente que se forman cuando un átomo metálico pierde uno o más electrones.
- Algunos ejemplos de iones metálicos son Li+, K+, Mg2+ y Al3+. Al estar cargados positivamente, todos los iones metálicos son cationes.
- Podemos comprobar la presencia de iones metálicos positivos mediante la prueba de la llama y la prueba del hidróxido sódico:
- Al añadir determinados iones metálicos a una llama, ésta adquiere un color diferente.
- La adición de hidróxido sódico a determinados iones metálicos forma un precipitado sólido de hidróxido. Los precipitados difieren en color y solubilidad.
- Como todas las pruebas químicas, las pruebas de iones metálicos son baratas y sencillas de realizar. Sin embargo, son menos precisos y menos sensibles que los métodos instrumentales de análisis químico.
Referencias
- Helmenstine, Anne Marie, Doctora, 'La química de los colores de los fuegos artificiales'. ThoughtCo (16/02/2021)
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