IONS 1

Nous avons vu dans le chapitre sur les atomes que ces derniers possédaient toujours le même nombre d’électrons que de protons . Si on s’arrêtait à cette conception ce serait trop simple et puis cela n’expliquerait pas la formation de molécules par exemple.

Gain ou perte d’électrons

Prenons l’atome d’hydrogène et on se souvient que la première couche d’électrons ne peut recevoir que 2 électrons au maximum alors que la dernière couche ne peut en recevoir au maximum que 8.

Cet atome d’hydrogène est constitué d’un proton dans son noyau et d’un électron qui tourne autour du noyau.
Ainsi l’atome est électriquement neutre car il a autant d’électrons que de protons.

Mais cet électron, isolé, se sent bien seul. Il n’est pas très bien “accroché” à ce noyau. Pour une raison ou pour une autre qui sera définie plus tard, il aura tendance à partir et à laisser son noyau, proton tout seul. Ainsi notre atome a perdu une charge négative, il ne lui reste qu’une charge positive, le proton. Il n’est plus électriquement neutre.
Pour indiquer que cet “atome” est électriquement positif on l’indique par le symbole : H⁺ et on nomme cet élément nouveau un ion. Comme il a perdu un électron on l’appelle cation (du grec : cata en bas)

On pourrait imaginer que notre atome d’hydrogène attire un autre électron sur sa première couche puisqu’elle peut en comporter 2. Dans ce cas on aurait un ion négatif ou anion que l’on noterait H^– .
il est possible d’obtenir un ion hydrogène négatif. C’est un hydrure.

Considérons un atome de chlore qui possède 17 protons et donc 17 électrons. Laissons de côté les neutrons.

Rappelons que la couche externe est toujours saturée avec 8 électrons. La couche externe du chlore est la 3^ième couche et théoriquement elle devrait pouvoir recevoir  18 électrons.
Et bien non, comme c’est la couche externe, la dernière, pour cet atome de chlore, elle sera saturée avec 8 électrons seulement. Or sur cette couche externe on a 7 électrons. Il reste une place pour recevoir une électron. Imaginons que notre petit électron précédent qui s’est échappé de l’atome d’hydrogène vienne se loger sur cet emplacement libre, histoire de rejoindre des copains. Alors notre atome de chlore aura bien 17 protons mais il aura 18 électrons. Un intrus !On aura une charge négative en plus. Le chlore devient un ion négatif que l’on note Cl^– . Cet ion négatif est un anion  

Prenons le magnésium 12 protons et donc 12 électrons. On ne représentera pas les 12 neutrons du noyau.

Il a deux électrons sur la couche externe qui ne demandent qu’à s’en aller. Ils attendent une opportunité pour le faire. Lorsqu’ils seront partis, on aura deux charges   positives en trop par rapport aux charges négatives. On obtient ainsi un ion positif ayant deux charges positives. On peut écrire Mg⁺⁺  comme autrefois pour montrer les deux charges positives. Mais aujourd’hui on écrira Mg²⁺

les ions

Un atome peut perdre un ou plusieurs électrons de sa couche externe saturée avec 8 électrons. Dans ce cas il a plus de charges positives que négatives et on représente ce nombre de charge n en haut à droite par le symbole

Un atome peut gagner des électrons sur sa couche externe, saturée avec 8 électrons. Dans ce cas il a plus de charges négatives que positives et on représente ce nombre de charge n d’une manière identique :

Prenons dans le tableau périodique des éléments, des éléments qui se trouvent tous dans les 3 premières colonnes.
Suivant la ligne où ils se trouvent, ils auront 1,2 , 3 couches électroniques.
Mais ils ont tous sur leur dernière couche 1,2 ou 3 électrons qu’ils peuvent perdre facilement. Ainsi, ci-dessous pour chacun d’eux nous avons :
la structure électronique de l’atome suivie de
la structure électronique de l’ion (ici un cation) suivi de
l’équation chimique indiquant le passage de l’atome à l’ion.

Élément de la première colonne, première ligne
Hydrogène :

Elément de la première colonne, deuxième ligne
Lithium :

Elément de la première colonne, troisième ligne
Sodium :

Elément de la première colonne, quatrième ligne
Potassium :

Elément de la deuxième colonne, deuxième ligne
Béryllium :

Elément de la deuxième colonne, troisième ligne
Magnésium :

Elément de la deuxième colonne, quatrième ligne
Calcium :

Elément de la troisième colonne, deuxième ligne
aluminium :
Il a trois électrons sur sa couche externe, donc il peut céder ces trois électrons.

Nous venons de voir la situation des atomes dont la couche externe possédait 1,2 ou 3 électrons. Ces atomes peuvent céder les électrons de cette couche externe et deviennent des ions positifs ou cations. Nous pouvons remarquer que leur structure électronique et seulement leur structure électronique est semblable à l’élément de la dernière colonne, celle des gaz inertes.
prenons l’exemple du sodium :
L’ion sodium Na⁺ a pour structure électronique (k)² (l)⁸ qui est la même que la structure électronique du néon qui possède 10 électron. MAIS l’ion sodium garde bien ses 11 protons dans son noyau, alors que le néon possède 10 protons dans son noyau.
Les deux éléments ion sodium et néon diffèrent par leur nombre de protons présents dans leur noyau, mais se rapprochent par leur structure électronique, nombre et répartition des électrons.

Nous nous sommes arrêter à la troisième colonne. Qu’en est-il des éléments de la quatrième colonne comme le carbone ?
Le carbone possède 4 électrons sur sa couche externe. D’après notre raisonnement, il pourrait soit perdre 4 électrons, soit en gagner 4. Quel dilemme.
Faute de pouvoir choisir, il garde ses 4 électrons.

Par contre les éléments de la cinquième colonne possèdent 5 électrons sur leur couche externe. Pas question qu’ils les perdent c’est un trop grand nombre. Par contre, ils peuvent en gagner.

Occupons-nous maintenant des atomes dont la couche externe et presque saturée avec 8 électrons. Ils peuvent capter 1 ou plusieurs électrons et se convertirons ainsi en ions négatifs ou anions.
Laissons de côté l’azote N, l;oxygène, le phosphore.
Le fluor

Le chlore

Le soufre

En classe de seconde, on ne voit que les trois premières lignes du tableau périodique des éléments. Ensuite cela se complique et il faut faire appel à une autre répartition des électrons autour du noyau de l’atome, une répartition qui fait appel aux niveaux d’énergie et un système de couches et de sous-couche que nous aborderons dans un autre chapitre