Chimie: La formation des ions
1. Les constituants de l'atome
Neutralité électrique d'un atome
Un atome est constitué de deux sortes de particules:
des électrons et un noyau. La dimension d'un atome est de l'ordre de
10-10 = 0.1 nm = 1 Å (1 Angstrom).
• Les électrons:
Les électrons sont nettement plus petits que le noyau. Ils sont mobiles
et gravitent autour du noyau. Chaque électron possède une charge électrique
négative. Tous éélectrons sont identiques même s'ils appartiennent à
des atomes différents.
• Le noyau:
Le noyau se situe au centre de l'atome. Il est environ 100 000 fois
plus petit que l'atome auquel il appartient. La dimension d'un noyau
est de 10-15 = 1 femtomètre = 1 fermi.
Le noyau possède des charges électriques positive.
L'atome d'oxygène possède 8 électrons. 8 est le numéro atomique de
l'oxygène. Son noyau possède 8 charges positives.
Tous les atomes sont électriquement neutres. Ils possèdent donc
le même nombre de charges positives et négatives.
Chaque électron porte une charge électrique négative. Il y a autant
d'électrons dans un atome que de charges électriques positives dans son noyau.
Si la charge globale (ou nette) électrique d'un atome n'est
nulle, alors cet atome est plutôt un ion.
2. Formation des ions à partir des atomes
Neutralité électrique d'un atome
Les électrons des atomes sont en mouvement autour du noyau. Par certains phénomènes commes des transformations chimiques, collisions, ou exposition à des rayonnements, l'atome peut perdre un ou plusieurs électrons. L'atome devient alors soit excité, soit
ionisé.
La perte d'électrons d'un atome correspond à une perte de charges négatives. Ceci
conduit à la formation d'un composé électriquement chargé, c'est à dire
d'un ion.
Les électrons perdus par un atome ne peuvent demeurer libre. Il sont rapidement
capturés par un autre atome qui gagne des charges négatives et perd également sa neutralité électrique se transformant aussi en ion.
Un ion peut donc se former à partir d'un atome qui gagne ou
perd un ou plusieurs électrons.
Les ions qui se forment à partir d'un seul atome sont dits monoatomiques.
Le nombre d'électrons autour d'un noyau peut changer mais le nombre de charges positives du noyau restent le même.
2.1. Formation d'un cation
Un cation étant un ion positif il se forme à partir d'un atome qui perd
des électrons.
Exemple: la formation de l'ion aluminium
L'atome d'aluminium est composé:
- de 13 électrons qui portent au total 13 charges négatives,
- de 13 charges positives dans son noyau,
Cet atome peut perdre 3 électrons pour se transformer en ion aluminium qui est alors composé:
- de 13 - 3 = 10 électrons qui portent au total 10 charges négatives,
- de 13 charges positives dans son noyau (le noyau n'est pas affecté par la perte des électrons).
Si l'on compare les charges positives et négatives on remarque que l'ion aluminium possède 3 charges positives en excès par rapport aux charges négatives (13 charges + et 10 charges -).
Cette charge en excès (aussi appelée charge excédentaire) est notée en exposant (en haut à droite) dans la formule de l'ion aluminium : Al3+ .
La formule d'un ion se forme toujours d'une manière analogue. On utilise le symbole de l'atome à partir duquel l'ion se forme puis on lui ajoute en exposant le nombre et le signe des charges en excès obtenu en comparant le nombre de charges positives et le nombre de charges négatives.
2.2. Formation d'un anion
Un anion est un ion négatif. Il se forme à partir d'un atome qui
gagne un ou plusieurs électrons.
Après un gain d'électrons, les charges négatives deviennent plus nombreuses que les charges positives.
Exemple: la formation de l'ion Chlorure
L'atome de chlore est composé:
- de 17 électrons qui portent au total 17 charges négatives,
- de 17 charges positives dans son noyau.
Cet atome peut gagner un électron pour se transformer en
ion chlorure qui est alors composé:
- de 17 + 1 = 18 électrons qui portent au total 18 charges négatives,
- de 17 charges positives dans son noyau.
Si l'on compare les charges positives et négatives on remarque
que l'ion chlorure possède une charges négative en excès par rapport
aux charges positives (17 charges + et 18 charges - ).
La formule de l'ion chlorure est donc: Cl- .
Les principaux ions à connaître: sont:
| Ion sodium | Na+ |
| Ion cuivre | Cu2+ |
| Ion chlorure | Cl- |
| Ion Fer (II) | Fe2+ |
| Ion Fer (III) | Fe3+ |
| Calcium | Ca2+ |
| Magnésium | Mg2+ |
2.3. Les ions polyatomiques
Les ions peuvent également se former à partir de molécules. Ces ions sont alors appelés des ions polyatomiques.
Exemples d'ions polyatomiques:
- Hydronium ou Oxonium: H3O+,
- L'ion sulfate: SO42-,
- L'ion carbonate: CO32-
|
