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Les ions

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Introduction  :

De nombreux produits de notre vie quotidienne renferment des ions. On trouve parmi eux certains aliments comme le sel, certains cosmétiques ou certains médicaments.
C’est aussi le cas des eaux minérales qui précisent la concentration de leurs minéraux tels que le calcium de formule Ca2+\text{Ca}^{2+}, le magnésium Mg2+\text{Mg}^{2+}, le chlorure Cl\text{Cl}^{-}
Ces minéraux sont en fait des ions chargés positivement ou négativement.
Dans ce cours, nous allons expliquer, dans un premier temps, la formation d’un ion positif puis celle d’un ion négatif, puis nous définirons les solutions ioniques.

La formation d’un ion

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

Ion calcium Ion magnésium Ion potassium Ion sodium
Ca2+\text{Ca}^{2+} Mg2+\text{Mg}^{2+} K+\text{K}^+ Na+\text{Na}^+
170170 mg 4545 mg 55 mg 3030 mg

Ion hydrogénocarbonate Ion sulfate Ion chlorure Ion fluorure Ion nitrate
HCO3\text{HCO}{3^-} SO42{\text{SO}4}^{2-} Cl\text{Cl}^{-} F\text{F}^{-} NO3\text{NO}_{3^-}
313313 mg 380380 mg 3737 mg 22 mg 00 mg
  • 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.

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Exemple

L’ion chlorure Cl\text{Cl}^{-} ne peut provenir que de l’atome de chlore Cl\text{Cl}, alors que l’ion calcium Ca2+\text{Ca}^{2+} est issu de l’atome de calcium Ca\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.

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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 Ca2+\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.

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 : Ca2+\text{Ca}^{2+}.

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

  • L’ion sodium, de formule Na+\text{Na}^+, provient de l’atome de sodium Na\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 Fe3+\text{Fe}^{3+} provient de l’atome de fer Fe\text{Fe} qui a perdu 3 électrons.
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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 Cl\text{Cl}^{-} qui porte une charge négative en excès. Cet ion provient de l’atome de chlore de symbole Cl\text{Cl}.
Le schéma ci-dessous illustre sa formation.

La formation de l’ion chlorure

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 : SO42{\text{SO}4}^{2-}.
En fait, cet ion polyatomique provient d’un groupe de plusieurs atomes SO4\text{SO}
4 où l’on trouve 1 atome de soufre (S\text{S}) et 4 atomes d’oxygène (O\text{O}).

  • Ce groupe de 5 atomes a gagné 2 électrons et devient l’ion SO42{\text{SO}_4}^{2-}.
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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 H3O+\text{H}_3\text{O}^+.

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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 Cl\text{Cl}^{-} et le fer(III) Fe3+\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 (Fe3++3Cl\text{Fe}^{3+} + 3\text{Cl}^{-}). Dans cette formule, le coefficient 33 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 Cl\text{Cl}^{-} et d’ions sodium Na+\text{Na}^+.
  • La solution ionique obtenue, de formule (Na++Cl\text{Na}^+ + \text{Cl}^{-}), est donc électriquement neutre.
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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 Cl\text{Cl}^{-}, fer(II) Fe2+\text{Fe}^{2+}, fer(III) Fe3+\text{Fe}^{3+}, cuivre(II) Cu2+\text{Cu}^{2+}.

Conclusion :

De nombreux produits du quotidien renferment des ions positifs et négatifs.
Nous avons également expliqué que les ions proviennent d’un atome ou d’un groupement d’atomes ayant perdu ou gagné des électrons.
Ces ions existent à l’état de cristal ou sont dissous dans l’eau sous formes de solutions ioniques. Enfin, il faut savoir que ces ions sont omniprésents autour de nous et qu’ils sont indispensables à notre santé.