Notion d'ion | Structure de l'atome en Physique-Chimie Seconde

Un ion conserve le même nombre de protons que l'atome d'origine.

Un ion a un nombre d'électrons différent de l'atome d'origine.

Un ion est électriquement chargé (positivement ou négativement).

• Se forment par perte d'un ou plusieurs électrons
• Ont une charge positive
• Exemples : Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺
• Formés principalement par les métaux

• Se forment par gain d'un ou plusieurs électrons
• Ont une charge négative
• Exemples : Cl⁻, O²⁻, S²⁻
• Formés principalement par les non-métaux

Un atome métallique peut perdre un ou plusieurs électrons de sa couche de valence.

Exemple : Na (Z=11) : (K)²(L)⁸(M)¹ → Na⁺ : (K)²(L)⁸

Le sodium perd 1 électron pour devenir Na⁺ avec une charge +1.

Un atome non-métallique peut gagner un ou plusieurs électrons.

Exemple : Cl (Z=17) : (K)²(L)⁸(M)⁷ → Cl⁻ : (K)²(L)⁸(M)⁸

Le chlore gagne 1 électron pour devenir Cl⁻ avec une charge -1.

• Cation : Na → Na⁺ + e⁻
• Anion : Cl + e⁻ → Cl⁻
• Ca → Ca²⁺ + 2e⁻
• O + 2e⁻ → O²⁻

• Ion sodium : Na⁺ (perd 1 électron)
• Ion potassium : K⁺ (perd 1 électron)
• Ion calcium : Ca²⁺ (perd 2 électrons)
• Ion magnésium : Mg²⁺ (perd 2 électrons)
• Ion fer II : Fe²⁺ (perd 2 électrons)
• Ion fer III : Fe³⁺ (perd 3 électrons)

• Ion chlorure : Cl⁻ (gagne 1 électron)
• Ion fluorure : F⁻ (gagne 1 électron)
• Ion oxygène : O²⁻ (gagne 2 électrons)
• Ion sulfure : S²⁻ (gagne 2 électrons)
• Ion bromure : Br⁻ (gagne 1 électron)
• Ion iodure : I⁻ (gagne 1 électron)

Les métaux alcalins (groupe 1) forment des cations +1.

Les métaux alcalino-terreux (groupe 2) forment des cations +2.

• X = symbole de l'élément
• n = nombre de charges
• + = charge positive (cation)
• - = charge négative (anion)

• Ion sodium : Na⁺
• Ion calcium : Ca²⁺
• Ion fer III : Fe³⁺
• Ion chlorure : Cl⁻
• Ion oxygène : O²⁻
• Ion sulfure : S²⁻

Na (Z=11) : (K)²(L)⁸(M)¹ → Na⁺ : (K)²(L)⁸

Cl (Z=17) : (K)²(L)⁸(M)⁷ → Cl⁻ : (K)²(L)⁸(M)⁸

Les ions adoptent souvent la configuration du gaz noble le plus proche.

Les atomes tendent à acquérir une structure électronique stable.

Cette structure est celle du gaz noble le plus proche.

Les gaz nobles ont 8 électrons de valence (sauf l'hélium avec 2).

Le sodium perd 1 électron pour avoir la même configuration que le néon (K)²(L)⁸.

Le chlore gagne 1 électron pour avoir la même configuration que l'argon (K)²(L)⁸(M)⁸.

Ces configurations confèrent une grande stabilité aux ions formés.

L'énergie d'ionisation est l'énergie nécessaire pour arracher un électron.

Les métaux ont des énergies d'ionisation faibles → facile de former des cations.

Les non-métaux ont des affinités électroniques élevées → facile de former des anions.

Configuration : (K)²(L)⁸(M)²

Formation d'ion : Mg → Mg²⁺ + 2e⁻

Nom : ion magnésium

Configuration : (K)²(L)⁷

Formation d'ion : F + e⁻ → F⁻

Nom : ion fluorure

Configuration : (K)²(L)⁸(M)³

Formation d'ion : Al → Al³⁺ + 3e⁻

Nom : ion aluminium

Configuration : (K)²(L)⁸(M)⁶

Formation d'ion : S + 2e⁻ → S²⁻

Nom : ion sulfure

Un ion polyatomique est un groupe d'atomes liés chimiquement qui porte une charge électrique.

Il se comporte comme une seule unité chargée.

• Ion ammonium : NH₄⁺
• Ion sulfate : SO₄²⁻
• Ion carbonate : CO₃²⁻
• Ion nitrate : NO₃⁻
• Ion phosphate : PO₄³⁻
• Ion hydroxyde : OH⁻

Les ions polyatomiques sont très présents dans la nature.

Ils constituent de nombreux composés chimiques.

Ils jouent des rôles biologiques essentiels.

Ions présents : Cu²⁺ et SO₄²⁻

Ion polyatomique : sulfate (SO₄²⁻), charge : -2

Ions présents : Ca²⁺ et 2 NO₃⁻

Ion polyatomique : nitrate (NO₃⁻), charge : -1

Ions présents : 2 Na⁺ et CO₃²⁻

Ion polyatomique : carbonate (CO₃²⁻), charge : -2

Ions présents : 3 Mg²⁺ et 2 PO₄³⁻

Ion polyatomique : phosphate (PO₄³⁻), charge : -3

• Na⁺ et K⁺ : transmission nerveuse
• Ca²⁺ : contraction musculaire, coagulation sanguine
• Cl⁻ : équilibre acido-basique
• Fe²⁺/Fe³⁺ : transport de l'oxygène dans le sang

• Nitrates et phosphates : fertilisants pour les plantes
• Sulfates : composants de certains minéraux
• Chlorures : salinité des océans

• Batteries : circulation des ions
• Produits chimiques : réactifs
• Traitement de l'eau : purification

X³⁺ est un cation (ion positif) car il a perdu 3 électrons.

Étant donné que l'élément perd des électrons pour former un cation, il s'agit d'un métal.

L'ion X³⁺ a la même configuration que le néon (Z=10) : (K)²(L)⁸

L'atome X a donc 3 électrons de plus : (K)²(L)⁸(M)³

Cet élément est l'aluminium (Al, Z=13)

Al → Al³⁺ + 3e⁻

Sulfate d'aluminium : Al₂(SO₄)₃

Contient les ions Al³⁺ et SO₄²⁻

• 1 Un ion est un atome ou groupe d'atomes chargé électriquement
• 2 Formation par perte (cation) ou gain (anion) d'électrons
• 3 Le noyau reste inchangé (même nombre de protons)

• Cations : ions positifs formés par les métaux
• Anions : ions négatifs formés par les non-métaux
• Ions monoatomiques : un seul atome
• Ions polyatomiques : plusieurs atomes liés

• Les ions cherchent à atteindre la configuration du gaz noble le plus proche
• Respect de la règle de l'octet (8 électrons de valence)
• Les métaux du groupe 1 forment des cations +1
• Les halogènes forment des anions -1