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Un ion es un átomo o grupo de átomos con carga eléctrica. Los iones con carga positiva se llaman cationes y los de carga negativa, aniones. Cuando un solo átomo gana o pierde un electrón, se forman iones monoatómicos. Un ión, en otras palabras, es un átomo o molécula que lleva carga eléctrica, porque su número de electrones es diferente al de protones. Hay dos categorías principales de iones: los cationes, con carga positiva, y los aniones, con carga negativa.
El enlace químico es un fenómeno físico-químico por el que dos o más átomos o iones se unen firmemente entre sí para formar compuestos químicos. Esto se basa en el hecho de que es energéticamente más favorable para la mayoría de los átomos o iones estar unidos a compañeros de unión adecuados en lugar de estar presentes como una sola partícula (no unida). La base del enlace son las interacciones electrostáticas o de los electrones de dos o más átomos. En muchos casos, ambos mecanismos de unión desempeñan un papel. Los parámetros que son importantes para describir un enlace y que pueden investigarse experimentalmente son la longitud de enlace como medida de la distancia entre dos núcleos atómicos y la energía de enlace, que indica la fuerza de un enlace. El enlace químico es la base de las moléculas y, por tanto, de la formación de compuestos químicos, por lo que es uno de los fundamentos más importantes de la química.
Los átomos no son indivisibles, como se suponía en el momento de su denominación, sino que muestran una estructura bien determinada de partículas aún más pequeñas. Están formados por un núcleo atómico y una corteza atómica. El núcleo atómico tiene un diámetro de entre una décima y una cienmilésima parte del diámetro atómico total, pero contiene más del 99,9% de la masa atómica. Está formado por protones cargados positivamente y un número de neutrones eléctricamente neutros aproximadamente igual de pesados. Estos nucleones están unidos entre sí por la interacción fuerte. La cáscara está formada por electrones cargados negativamente. Aporta menos del 0,06% de la masa, pero determina el tamaño del átomo. El núcleo positivo y la envoltura negativa están unidos entre sí por una atracción electrostática. En la forma básica eléctricamente neutra del átomo, el número de electrones en la corteza es igual al número de protones en el núcleo. Este número determina la estructura exacta de la corteza y, por tanto, también el comportamiento químico del átomo, por lo que se denomina número atómico químico. Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número atómico químico. Si hay electrones adicionales o faltan, el átomo está cargado negativa o positivamente y se llama ion. Cuando la primacía de la mecánica clásica se desmoronó a principios del siglo XX, se desarrolló la mecánica cuántica para sustituirla. Desde entonces, los experimentos y las teorías han llevado a los físicos a un mundo a menudo muy abstracto y aparentemente contradictorio.