Les ions

Exercice 1 — Vocabulaire et définitions
1. Définition d'un ion. (1 pt)
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 porte une charge électrique non nulle.

2. Différence entre cation et anion. (1 pt)

• Un cation est un ion de charge positive : l'atome a perdu des électrons (il y a excès de protons). Exemple : Na⁺, Ca²⁺.
• Un anion est un ion de charge négative : l'atome a gagné des électrons (il y a excès d'électrons). Exemple : Cl⁻, O²⁻.

3. L'électrolyte. (1 pt)
Un électrolyte est une substance qui, dissoute dans l'eau, se dissocie en ions et rend la solution conductrice du courant électrique.
Exemple attendu : le chlorure de sodium (NaCl) : en solution, il donne des ions Na⁺ et Cl⁻. (Autres exemples acceptés : CuSO₄, HCl, etc.)

4. Texte à trous. (1 pt)
« Dans un atome neutre, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons. Lorsque l'atome perd des électrons, il devient un cation. Lorsqu'il en gagne, il devient un anion. »

Exercice 2 — Notation des ions
1. Ion potassium (K, Z = 19, perd 1 électron). (1 pt)
L'atome de potassium perd 1 électron → charge = +1.
Formule : K⁺

2. Ion sulfure (S, Z = 16, gagne 2 électrons). (1 pt)
L'atome de soufre gagne 2 électrons → charge = −2.
Formule : S²⁻

3. Nom et charge de Fe²⁺. (1 pt)
Nom : ion fer(II) (ou cation fer II).
Charge : +2 (l'atome de fer a perdu 2 électrons).

4. Nom et charge de CO₃²⁻. (1 pt)
Nom : ion carbonate.
Charge : −2 (c'est un anion polyatomique).

5. Atome Z = 13, perd 3 électrons. (1 pt)
Z = 13 correspond à l'aluminium (Al). Il perd 3 électrons → charge = +3.
Formule : Al³⁺ — nom : ion aluminium (ou cation aluminium).

Exercice 3 — Nombre d'électrons
1. Ion Cl⁻ (Z = 17). (1 pt)
L'atome de chlore possède 17 électrons.
Cl⁻ a gagné 1 électron : 17 + 1 = 18 électrons.
Justification : la charge −1 signifie 1 électron supplémentaire.

2. Ion Ca²⁺ (Z = 20). (1 pt)
L'atome de calcium possède 20 électrons.
Ca²⁺ a perdu 2 électrons : 20 − 2 = 18 électrons.
Justification : la charge +2 signifie que 2 électrons ont été perdus.

3. Ion Cu²⁺ possède 27 électrons → numéro atomique du cuivre. (1 pt)
Cu²⁺ a perdu 2 électrons.
Donc : Z = 27 + 2 = Z = 29.
Justification : un cation de charge +2 a perdu 2 électrons, on les rajoute pour retrouver Z.

4. Ion P³⁻ possède 18 électrons. (1 pt)
P³⁻ a gagné 3 électrons.
Donc : Z = 18 − 3 = Z = 15 (phosphore, P).
Le gaz noble ayant 18 électrons est l'argon (Ar, Z = 18) : P³⁻ possède la même configuration électronique que l'argon.

Exercice 4 — Neutralité électrique
1. Solution : 4 Na⁺ et 4 Cl⁻. (1 pt)
Charges positives : 4 × (+1) = +4
Charges négatives : 4 × (−1) = −4
Bilan : +4 + (−4) = 0 → la solution est bien électriquement neutre.

2. Solution : 3 Ca²⁺ et 6 Cl⁻. (1 pt)
Charges positives : 3 × (+2) = +6
Charges négatives : 6 × (−1) = −6
Bilan : +6 + (−6) = 0 → la solution est électriquement neutre.

3. Solution : 2 Al³⁺ et n SO₄²⁻. (1 pt)
Charges positives : 2 × (+3) = +6
Pour la neutralité, les charges négatives doivent compenser : n × (−2) = −6
→ n = 6 ÷ 2 = 3
Il faut donc 3 ions SO₄²⁻.

4. Solution : 4 K⁺, 2 Mg²⁺ et x Cl⁻. (1 pt)
Charges positives : 4 × (+1) + 2 × (+2) = 4 + 4 = +8
Pour la neutralité : x × (−1) = −8
→ x = 8
La solution contient 8 ions Cl⁻.

Exercice 5 — Questions de raisonnement
1. Pourquoi les atomes forment-ils des ions ? (1 pt)
Les atomes forment des ions afin d'atteindre la configuration électronique stable du gaz noble le plus proche (règle du duet pour les atomes légers, règle de l'octet pour les autres). Pour y parvenir, ils gagnent ou perdent un ou plusieurs électrons :

• S'il est plus facile de perdre des électrons (métaux), l'atome forme un cation.
• S'il est plus facile d'en gagner (non-métaux), l'atome forme un anion.

2. Formule de l'ion baryum. (1 pt)
Le baryum (Ba) est dans la même colonne que le calcium (Ca) : ce sont tous deux des alcalino-terreux (groupe 2).
Comme Ca forme Ca²⁺ (perte de 2 électrons), Ba forme de même Ba²⁺.
Justification : les atomes d'une même colonne ont le même nombre d'électrons de valence (ici 2) et forment donc des ions de même charge.

3. Une solution ionique est-elle nécessairement acide ? (1 pt)
Non. La neutralité électrique d'une solution ionique signifie que la somme des charges positives est égale à la somme des charges négatives (Σ charges + = Σ charges −) : il n'y a aucune charge électrique globale. Cela n'a aucun rapport avec le pH.
Une solution peut être basique, neutre ou acide (au sens acide-base) tout en étant électriquement neutre. Exemple : une solution de NaCl (ions Na⁺ et Cl⁻) est électriquement neutre et a un pH neutre (7), mais ce sont deux notions indépendantes.