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La carga eléctrica q es una propiedad
física fundamental de la materia que determina cómo las partículas
interactúan mediante fuerzas electromagnéticas. Se mide en coulombios (C), y un coulombio se define como la
cantidad de carga transportada por una corriente de 1 amperio durante 1
segundo (1 C = 1 A x 1 s). La carga
eléctrica puede determinarse mediante instrumentos como el electrómetro
o de forma indirecta a partir de la corriente eléctrica
(carga por unidad de tiempo).
En el cuerpo humano, la carga en sí no es lo más relevante,
sino la corriente que puede circular: pequeñas descargas de
electricidad estática suelen ser inofensivas, pero
corrientes mayores pueden causar desde contracciones musculares
y quemaduras hasta alteraciones del ritmo
cardíaco o paro cardíaco, dependiendo de la intensidad, el
tiempo de exposición y la trayectoria de la corriente a través del cuerpo.
Una forma de entenderlo es mediante la analogía con un río:
la carga eléctrica sería la cantidad total de agua
disponible, mientras que la corriente eléctrica corresponde
al flujo de agua que pasa por un punto en cierto
tiempo. Un pequeño charco (poca carga) no causa efectos, pero una corriente
rápida y caudalosa puede arrastrar objetos o causar daño. De manera similar, en
el cuerpo humano no es solo la cantidad de carga lo importante, sino la rapidez
con la que fluye (corriente) y el “camino” que recorre, lo que determina sus
efectos.
La carga es un escalar con
sentido; los nombres de esos sentidos son completamente arbitrarios
y fueron acuñados por Benjamin Franklin en
1747, al estudiar fenómenos de electricidad
estática y proponer un modelo de exceso y defecto de “fluido eléctrico”,
asignando los términos positivo y negativo
sin conocer la naturaleza real de las partículas involucradas. Por ello, el
símbolo completo del parámetro lo indicaremos en cursiva y con un arpón
sobre q para
resaltar que los signos son importantes 
.
Recordemos que utilizamos un arpón sobre q y no una flecha,
ni cursivas, para indicar que no se trata de un vector real
(que requeriría un ángulo asociado), sino de un escalar con sentido.
En contraste, los escalares absolutos se representan únicamente en cursiva,
ya que corresponden a magnitudes sin signo, operativamente similares a valores
positivos, aunque con una interpretación fisicoquímica distinta.
A demás esta notación nos ayuda a enfatizar que, en la
mayoría de los cálculos, lo que se nos pide calcular es el valor absoluto de la
carga sin signo, es decir q.
Carga molar y sus unidades
Así como existe
la masa absoluta m y la masa
molar M, aquí distinguiremos entre la carga
absoluta q y la carga molar Q.
La carga absoluta se mide directamente en coulombios,
mientras que la carga molar hace referencia a una cantidad de sustancia,
es decir, a la carga asociada a un mol de entidades. Las
unidades de carga molar son, por ende, C/mol.
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[Axioma
de carga relativa y molar] (1) Definición de la carga molar Factor marcado
Álgebra simbólica
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Miremos un ejemplo
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Ejemplo 1. Se midió una carga eléctrica total de - 3.86 × 10⁶ coulombios
asociada a una cantidad de 20.
moles de una sustancia que participa en un proceso
electroquímico. Calcule su carga
relativa molar (su valor absoluto). Etapa analítica. Para
(a) usaremos [Axioma
de carga relativa] forma (2) Conversión entre carga relativa a carga
molar. El sistema será definido como la reacción rxn. El electrón tiene carga
negativa. Para (b) se debe plantear la definición Etapa numérica por factor marcado.
Etapa numérica por álgebra simbólica.
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La carga relativa y sus unidades
En química se emplea un tercer parámetro de carga,
la carga relativa del sistema (z), que
corresponde al cociente entre la carga molar
de la sustancia, elemento o sistema y la carga elemental.
Aunque el valor físico no cambia, esta formulación permite expresar los
resultados en términos adimensionales en su forma
algebraica.
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[Axioma
de carga molar y relativa] (2) Definición de carga
relativa Factor marcado
Álgebra simbólica
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En el enfoque de factor marcado,
las cargas relativas no se interpretan como magnitudes
adimensionales puras, sino como múltiplos de la constante de carga elemental,
es decir, como un parámetro de carga molar. Por
tanto, al tratarse de un múltiplo, podemos emplear uno de los símbolos de la
constante de carga molar como unidad operativa, e.
Así, la constante de carga molar se
define como Qᵤ = 1 e, donde e
representa una carga elemental. En este curso
no se memoriza la carga elemental como un valor independiente, sino como el cociente
entre la constante de Faraday y la constante de Avogadro, tal
como se mostró anteriormente. Pero esto implica que cualquier carga molar también
puede medirse en cargas elementales como unidad, suena complejo, pero como
veremos a continuación, se trata de una conversión de unidades ya trabajadas.
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[Conversión
entre carga relativa y carga eléctrica] Factor marcado
Álgebra simbólica
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Dado lo anterior el valor para el protón sería 
(p+)
= + 1 e; para el electrón (e-)
= - 1 e; y para el neutrón (no)
= 0; y en términos del concepto de carga sería 
(u) = 1 e.
Para los elementos químicos los valores
dependen de los estados de oxidación, y para los iones, de su carga iónica
verdaderamente manifestada.
Miremos un ejemplo
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Ejemplo 2. El ion sulfato Etapa analítica. Usaremos
la [Conversión
entre carga relativa y carga eléctrica] para obtener la carga molar.
Luego despejaremos la carga de [Axioma
de carga relativa y molar] en valor absoluto.
Etapa numérica por factor marcado Paso 1. Carga relativa. Para
resolver sin calculadora usa como valor de F = 9.6 x 104
Paso 2. Carga absoluta
Etapa numérica por álgebra simbólica Paso 1. Carga relativa. Para
resolver sin calculadora usa como valor de F = 9.6 x 104
Paso 2. Carga absoluta
Análisis cualitativo Ahora, sobre por qué “tanta carga” no hace que el
recipiente explote: la respuesta es que esa carga no está realmente acumulada como exceso neto en el
recipiente cuando tienes una sustancia común con sulfato. Este
siempre está acompañado por iones positivos que atraen a los iones negativos
y compensan el sistema. |
Estados de oxidación
Recuerde que las cargas relativas se encuentran en la
tabla periódica como estados de oxidación o números de oxidación.
Un átomo puede operar con cualquiera de los estados reportados, pero solo uno
o tal vez dos a la vez. El estado de oxidación cero es el más común
y está asociado a los alótropos elementales: en metales y gases nobles
se representan como monoatómicos, como Fe(s), Na(s), He(g); para los no
metales, cualquier alótropo elemental, por ejemplo dioxígeno (O₂) y ozono
(O₃), o para el azufre S, S₄, S₈, en todos estos casos los estados
de oxidación son cero.
Para los estados distintos de cero, debe tenerse en cuenta
que la tabla periódica solo asigna los más comunes, y marca
únicamente aquellos que pueden ser negativos. Además, los valores
afectados por ± solo aplican a uno de los números indicados. Por
ejemplo, para el nitrógeno: 1, ±3, 5, 7, los estados más comunes son −3,
0, +3, +5, +7; para el cloro: ±1, 3, 5, 7, corresponden −1, 0,
+1, +3, +5, +7.
También debe considerarse que la tabla solo consigna los
estados más frecuentes, pero no todos los posibles. Por ejemplo, en el dióxido
de cloro (ClO₂), el cloro presenta estado de oxidación +4, el cual
no aparece en la tabla. En estos casos, es necesario aplicar la conservación
de la carga para determinar y corroborar los valores correctos.
Miremos un ejemplo
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Ejemplo 3. (a) Determine las posibles cargas relativas de hierro
en coulombios sobre mol, (b) calcule el aporte en coulombios si 4.0 moles de
Fe se encuentran en un compuesto, y (c) la carga de la sustancia acompañante
y su sentido. Etapa analítica. (a)
Buscaremos en la tabla periódica el parámetro estado de oxidación o número de
oxidación para el hierro. La
interpretar los valores tendremos 0, +2 y +3, luego usaremos la [Conversión
entre carga relativa y carga eléctrica] para obtener la carga molar.
Luego despejaremos la carga de [Axioma
de carga relativa y molar] en valor absoluto.
Nota, Para el hierro 0
usaremos el símbolo Fe, para el hierro +2 el símbolo Fe2+ y para
el hierro +3 el símbolo Fe3+. Etapa numérica por factor marcado Determine
las posibles cargas relativas de hierro en coulombios sobre mol. Para resolver sin calculadora usa como valor de
F = 9.6 x 104
(b) calcule el aporte en coulombios si 4.0 moles de Fe se
encuentran en un compuesto
(c) la carga de la sustancia acompañante y su sentido. Para el primer caso no habría otra sustancia o a lo sumo se
trataría de una aleación con otro elemento, donde ambos conservan su carga
cero. Para el hierro +2 la sustancia acompañante debe aportar -7.6 x 105
coulombios. Para el hierro +3 la sustancia acompañante debe aportar -1.2 x 106
coulombios. Etapa numérica por álgebra simbólica Determine
las posibles cargas relativas de hierro en coulombios sobre mol. Para resolver sin calculadora usa como valor de
F = 9.6 x 104
Paso 2. Carga absoluta
Para el primer caso no habría otra sustancia o a lo sumo se
trataría de una aleación con otro elemento, donde ambos conservan su carga
cero. Para el hierro +2 la sustancia acompañante debe aportar -7.6 x 105
coulombios. Para el hierro +3 la sustancia acompañante debe aportar -1.2 x 106
coulombios. |
Referencias
Brown, T.
L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., &
Stoltzfus, M. W. (2018). Chemistry:
The Central Science (14th ed.). Pearson.
Chang, R., & Goldsby, K. (2016). Chemistry (12th ed.). McGraw-Hill
Education.
Faraday, M. (1834). Experimental Researches in Electricity. Philosophical
Transactions of the Royal Society.
García García, J. L. (2025). Dimensional Analysis in Chemistry Textbooks
1900–2020 and an Algebraic Alternative. Educación Química, 36(1),
82–108.
Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Inorganic Chemistry (5th ed.).
Pearson.
International Union of Pure and Applied
Chemistry (IUPAC). (2019). Compendium
of Chemical Terminology (the “Gold Book”).
Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D.,
& Bissonnette, C. (2017). General
Chemistry: Principles and Modern Applications (11th ed.). Pearson.
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