À propos de cette page
Ce cours de chimie en quatrième sur « Les ions » suit le programme officiel de chimie de quatrième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Rappels : la structure de l'atome, Qu'est-ce qu'un ion ?, Les cations : ions positifs, Les anions : ions négatifs. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de quatrième à réussir en chimie.
Au programme
1 · Rappels : la structure de l'atome
2 · Qu'est-ce qu'un ion ?
3 · Les cations : ions positifs
4 · Les anions : ions négatifs
5 · Notation et formule d'un ion
6 · La neutralité électrique des solutions
7 · Les solutions ioniques dans la vie quotidienne
1Rappels : la structure de l'atome
Un atome est constitué de trois types de particules :
- Le noyau, au centre, contient des protons (charge positive, notée +) et des neutrons (neutres).
- Le nuage électronique autour du noyau est formé d'électrons (charge négative, notée −).
Rappel clé. Dans un atome neutre, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons. Les charges se compensent exactement : l'atome est électriquement neutre.
Par exemple, l'atome de sodium (symbole Na, numéro atomique Z = 11) possède 11 protons dans son noyau et 11 électrons autour de son noyau. Sa charge totale est nulle.
Exemple. Atome de chlore (Cl, Z = 17) : 17 protons (+17) et 17 électrons (−17) → charge totale = 0.
2Qu'est-ce qu'un ion ?
Définition. Un ion est un atome (ou un groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Contrairement à un atome neutre, un ion possède une charge électrique non nulle.
La transformation d'un atome en ion se produit lorsque l'atome cède ou capte des électrons pour atteindre la configuration électronique stable du gaz noble le plus proche (règle du duet ou de l'octet).
Astuce. Retiens : perdre un électron (−) = ion positif ; gagner un électron (−) = ion négatif. C'est l'inverse de ce qu'on pourrait croire !
Il existe deux grandes familles d'ions : les cations (charge +) et les anions (charge −).
3Les cations : ions positifs
Définition. Un cation est un ion de charge positive. Il se forme quand un atome perd un ou plusieurs électrons.
Puisque l'atome perd des électrons (de charge négative), il y a un excès de protons (de charge positive) : l'ion porte une charge positive.
| Atome neutre | Perte d'électrons | Cation formé |
|---|
| Sodium Na (11 é⁻) | perd 1 é⁻ | Na⁺ (10 é⁻) |
| Magnésium Mg (12 é⁻) | perd 2 é⁻ | Mg²⁺ (10 é⁻) |
| Aluminium Al (13 é⁻) | perd 3 é⁻ | Al³⁺ (10 é⁻) |
| Calcium Ca (20 é⁻) | perd 2 é⁻ | Ca²⁺ (18 é⁻) |
Astuce. Les métaux (à gauche et au centre du tableau périodique) ont tendance à perdre leurs électrons de valence et à former des cations.
4Les anions : ions négatifs
Définition. Un anion est un ion de charge négative. Il se forme quand un atome gagne un ou plusieurs électrons.
L'atome capte des électrons supplémentaires : il y a un excès d'électrons (charges négatives) par rapport aux protons, ce qui confère à l'ion une charge négative.
| Atome neutre | Gain d'électrons | Anion formé |
|---|
| Chlore Cl (17 é⁻) | gagne 1 é⁻ | Cl⁻ (18 é⁻) |
| Oxygène O (8 é⁻) | gagne 2 é⁻ | O²⁻ (10 é⁻) |
| Soufre S (16 é⁻) | gagne 2 é⁻ | S²⁻ (18 é⁻) |
| Fluor F (9 é⁻) | gagne 1 é⁻ | F⁻ (10 é⁻) |
Astuce. Les non-métaux (à droite du tableau périodique, hors gaz nobles) ont tendance à capter des électrons et à former des anions.
Attention ! Un anion ne perd pas de protons : le noyau reste identique. Seul le nombre d'électrons change.
5Notation et formule d'un ion
Règle de notation. Un ion se note avec le symbole de l'élément suivi de sa charge en exposant : Xn+ ou Xn−. Si n = 1, on écrit simplement + ou − sans le chiffre 1.
Exemples de notation :
Na⁺ : cation sodium (perte de 1 électron)Ca²⁺ : cation calcium (perte de 2 électrons)Al³⁺ : cation aluminium (perte de 3 électrons)Cl⁻ : anion chlorure (gain de 1 électron)O²⁻ : anion oxyde (gain de 2 électrons)
Il existe aussi des ions polyatomiques (formés de plusieurs atomes liés) très courants :
| Formule | Nom | Type |
|---|
OH⁻ | ion hydroxyde | anion |
NO₃⁻ | ion nitrate | anion |
SO₄²⁻ | ion sulfate | anion |
NH₄⁺ | ion ammonium | cation |
H₃O⁺ | ion oxonium | cation |
Exemple. Le sel de table (chlorure de sodium) contient les ions Na⁺ et Cl⁻ en solution.
6La neutralité électrique des solutions
Principe de neutralité électrique. Une solution ionique est toujours électriquement neutre : la somme des charges positives est égale à la somme des charges négatives.
Cela signifie que dans une solution, les ions positifs et les ions négatifs sont toujours présents en quantités telles que les charges se compensent.
Exemple 1. Dans une solution de chlorure de sodium (NaCl dissous) :
• 1 ion Na⁺ (charge +1) pour 1 ion Cl⁻ (charge −1) → bilan : 0. La solution est neutre.
Exemple 2. Dans une solution de chlorure de calcium (CaCl₂ dissous) :
• 1 ion Ca²⁺ (charge +2) pour 2 ions Cl⁻ (charge 2 × (−1) = −2) → bilan : 0. La solution est neutre.
Attention ! Neutralité électrique ≠ solution neutre au sens acide-base. Une solution peut être acide (pH < 7) tout en étant électriquement neutre.
7Les solutions ioniques dans la vie quotidienne
Les ions sont présents partout autour de nous :
- Eau de mer : riche en ions Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻. C'est pourquoi l'eau de mer conduit le courant électrique.
- Sang et liquides biologiques : contiennent des ions Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻ indispensables au fonctionnement des cellules.
- Boissons énergisantes et isotoniques : enrichies en ions (électrolytes) pour reconstituer les pertes dues à la transpiration.
- Médicaments : certains comprimés effervescents libèrent des ions en se dissolvant.
- Eau potable : contient des ions en faibles concentrations (Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃⁻…).
Électrolyte. On appelle électrolyte toute substance qui, dissoute dans l'eau, produit des ions et rend la solution conductrice du courant électrique.
Lien avec la physique. La conductivité électrique d'une solution est liée à la présence et à la concentration des ions. Plus il y a d'ions, meilleure est la conduction.
★À retenir
À retenir :
• Un ion est un atome ou groupe d'atomes ayant gagné ou perdu des électrons → charge non nulle.
• Cation (charge +) : l'atome a perdu des électrons. Ex. : Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺.
• Anion (charge −) : l'atome a gagné des électrons. Ex. : Cl⁻, O²⁻, SO₄²⁻.
• Notation : symbole + charge en exposant (ex. Mg²⁺, Cl⁻).
• Une solution ionique est toujours électriquement neutre : Σ charges + = Σ charges −.
• Les électrolytes sont des substances qui se dissocient en ions en solution et la rendent conductrice.