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Rappels : 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 −).
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.
Qu'est-ce qu'un ion ?
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).
Il existe deux grandes familles d'ions : les cations (charge +) et les anions (charge −).
Les cations : ions positifs
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⁻) |
Les anions : ions négatifs
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⁻) |
Notation et formule d'un ion
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 |
La neutralité électrique des solutions
Cela signifie que dans une solution, les ions positifs et les ions négatifs sont toujours présents en quantités telles que les charges se compensent.
• 1 ion Na⁺ (charge +1) pour 1 ion Cl⁻ (charge −1) → bilan : 0. La solution est neutre.
• 1 ion Ca²⁺ (charge +2) pour 2 ions Cl⁻ (charge 2 × (−1) = −2) → bilan : 0. La solution est neutre.
Les 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⁻…).
- 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.
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