Cours : Les ions

La formation d’un ion

Voici la composition d’un litre d’eau minérale :

• Nous remarquons que les quatre premiers ions sont chargés positivement alors que les cinq suivants sont chargés négativement.

Nous pouvons également faire le lien entre les formules de ces ions et le symbole de certains atomes.

Exemple

L’ion chlorure $\text{Cl}^{-}$ ne peut provenir que de l’atome de chlore $\text{Cl}$, alors que l’ion calcium $\text{Ca}^{2+}$ est issu de l’atome de calcium $\text{Ca}$.

Un ion est donc une espèce chimique qui provient d’un atome ou d’un groupe d’atomes.
Nous allons expliquer la formation d’un ion positif, puis celle d’un ion négatif.

Définition

Ion :

Un ion est une particule chargée électriquement et formée d’un atome ou d’un groupe d’atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.

La formation d’un ion positif

L’ion positif n’est pas, contrairement à l’atome, électriquement neutre.

Si nous considérons l’ion calcium de formule $\text{Ca}^{2+}$, nous constatons qu’il possède 2 charges positives qui ne sont pas compensées par 2 électrons (ou charges négatives).

Le schéma ci-dessous illustre la formation de l’ion calcium.

Ce schéma montre bien le départ de 2 électrons.

• De ce fait, l’ion calcium présente un excès de 2 charges positives, d’où sa formule : $\text{Ca}^{2+}$.

Certains atomes peuvent perdre un électron, d’autres 3 électrons.

• L’ion sodium, de formule $\text{Na}^+$, provient de l’atome de sodium $\text{Na}$ qui a perdu 1 électron. On ne note pas le chiffre 1 devant la charge positive dans un but de simplification.
• L’ion fer III, de formule $\text{Fe}^{3+}$ provient de l’atome de fer $\text{Fe}$ qui a perdu 3 électrons.

À retenir

Un ion positif provient d’un atome, ou parfois d’un groupement d’atomes, qui a perdu un ou plusieurs électrons.

On appelle l’ion positif un cation.

La formation d’un ion négatif

Dans l’eau minérale, on trouve l’ion négatif chlorure de formule $\text{Cl}^{-}$ qui porte une charge négative en excès. Cet ion provient de l’atome de chlore de symbole $\text{Cl}$.
Le schéma ci-dessous illustre sa formation.

Nous remarquons que l’ion chlorure provient de l’atome de chlore qui a gagné un électron.

Si nous considérons l’ion sulfate également présent dans l’eau minérale, sa formule paraît complexe : ${\text{SO}_4}^{2-}$.
En fait, cet ion polyatomique provient d’un groupe de plusieurs atomes $\text{SO}_4$ où l’on trouve 1 atome de soufre ($\text{S}$) et 4 atomes d’oxygène ($\text{O}$).

• Ce groupe de 5 atomes a gagné 2 électrons et devient l’ion ${\text{SO}_4}^{2-}$.

Définition

Ion polyatomique :

Un ion polyatomique est un ion qui provient d’un groupement d’atomes.

Il existe également des ions polyatomiques positifs, comme l’ion oxonium de formule $\text{H}_3\text{O}^+$.

À retenir

Un ion négatif provient d’un atome, ou d’un groupement d’atomes, qui a gagné un ou plusieurs électrons.

On appelle l’ion négatif un anion.

Les solutions ioniques

Les solutions ioniques sont très utilisées dans de nombreux domaines. Comme leur nom l’indique, elles renferment des ions dissous dans un solvant, qui est souvent de l’eau. Ce sont donc des solutions ioniques et aqueuses.

• La solution de chlorure ferrique est efficace pour arrêter les petits saignements.
  Les ions qu’elle renferme, le chlorure $\text{Cl}^{-}$ et le fer(III) $\text{Fe}^{3+}$, provoquent la coagulation du sang et stoppent les saignements.
  Cette solution a été obtenue par la dissolution de cristal de chlorure de fer(III) dans l’eau. Ce cristal est un assemblage régulier d’ions chlorure et d’ions fer(III). Lors de la dissolution du cristal, les ions sont séparés et entourés de molécules d’eau.
• La solution ionique formée a pour formule ($\text{Fe}^{3+} + 3\text{Cl}^{-}$). Dans cette formule, le coefficient $3$ a été rajouté devant l’ion chlorure afin que la solution soit électriquement neutre.
• On peut aussi citer l’exemple de l’eau salée qui est obtenue lors de la dissolution du sel de cuisine dans l’eau. Le cristal de sel est un assemblage régulier d’ions chlorure $\text{Cl}^{-}$ et d’ions sodium $\text{Na}^+$.
• La solution ionique obtenue, de formule ($\text{Na}^+ + \text{Cl}^{-}$), est donc électriquement neutre.

Définition

Solution ionique :

Une solution ionique est une solution comportant des ions négatifs et positifs dissous la plupart du temps dans l’eau. Cette solution ionique est toujours électriquement neutre.

Il existe des tests de caractérisation de certains ions présents dans les solutions ioniques. C’est le cas pour les ions chlorure $\text{Cl}^{-}$, fer(II) $\text{Fe}^{2+}$, fer(III) $\text{Fe}^{3+}$, cuivre(II) $\text{Cu}^{2+}$.