Ions et charges ioniques

Dans les réactions chimiques ordinaires, le noyau — qui contient les protons et les neutrons de chaque atome et identifie ainsi l’élément — reste inchangé. Les électrons, cependant, peuvent être ajoutés aux atomes par transfert d’autres atomes, perdus par transfert vers d’autres atomes ou mis en commun avec d’autres atomes. Le transfert et la mise en commun des électrons entre les atomes régissent la chimie des éléments. Pendant la formation de certains composés, les atomes gagnent ou perdent des électrons pour former des particules chargées électriquement appelées des ions.

Lorsqu’un atome perd des électrons, il forme un ion positif appelé cation. Les cations ont plus de protons que d’électrons. De même, lorsqu’un atome gagne des électrons, il forme un ion négatif appelé anion. Les anions ont plus d’électrons que de protons.

Le tableau périodique aide à prédire si un atome formera un anion ou un cation, ainsi que la charge de l’ion formé. En se déplaçant de l’extrême gauche vers la droite sur le tableau périodique, les atomes des métaux du groupe principal perdent suffisamment d’électrons pour se retrouver avec le même nombre d’électrons qu’un atome du gaz noble qui les précèdent. Ils forment des cations avec une charge égale au numéro du groupe. À titre d’illustration, un atome d’un métal alcalin (groupe 1) perd un électron et forme un cation avec une charge 1+ ; un métal alcalino-terreux (groupe 2) perd deux électrons et forme un cation avec une charge 2+, et ainsi de suite. Par exemple, un atome de calcium neutre, avec 20 protons et 20 électrons, perd facilement deux électrons. Cela donne un cation avec 20 protons, 18 électrons et une charge de 2+. Il a le même nombre d’électrons que les atomes du gaz noble qui le précède, l’argon, et il est symbolisé par Ca²⁺. Le nom d’un ion métallique est le même que celui de l’atome du métal à partir duquel il se forme, de sorte que Ca²⁺ est appelé un ion calcium.

En se déplaçant de l’extrême droite vers la gauche sur le tableau périodique,  les atomes d’éléments non métalliques gagnent généralement assez d’électrons pour qu’ils aient le même nombre d’électrons qu’un atome du prochain gaz noble dans le tableau périodique. Ils forment des anions avec une charge négative égale au nombre de groupes placés à gauche des gaz nobles. Par exemple, les atomes des éléments du groupe 17 (placé un groupe à gauche des gaz nobles)  gagnent un électron et forment des anions avec une charge 1− ; les atomes des éléments du groupe 16 (deux groupes à gauche) gagnent deux électrons et forment des ions avec une charge 2−, et ainsi de suite. Par exemple, l’atome de brome neutre, avec 35 protons et 35 électrons, peut gagner un électron pour qu’il ait 36 électrons. Cela donne un anion avec 35 protons, 36 électrons et une charge 1−. Il a le même nombre d’électrons que les atomes du prochain gaz noble, le krypton, et est symbolisé Br⁻.

La tendance entre la charge de l’ion et la position du groupe sur le tableau périodique peut servir de guide dans de nombreux cas. Cependant, sa valeur prédictive diminue lorsqu’on se déplace vers le centre du tableau périodique. Les métaux de transition et certains autres métaux présentent souvent des charges variables qui ne sont pas prévisibles par leur emplacement dans le tableau. Par exemple, le cuivre peut former des ions avec une charge 1+ ou 2+, et le fer peut former des ions avec une charge 2+ ou 3+.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 2.6 : Composés moléculaires et ioniques.