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ion

(anglais ion, du grec ion, participe neutre de ienai, aller)

Ions, cations et anions
Ions, cations et anions

Particule chargée électriquement et formée d'un atome ou d'un groupe d'atomes ayant gagné ou perdu un ou plusieurs électrons.

La stabilité des ions

Un élément chimique qui n'appartient pas à la dernière colonne du tableau périodique des éléments cherche à acquérir la même structure électronique que le gaz rare de numéro atomique le plus proche de cet atome, soit au cours de réactions chimiques, soit en perdant ou en gagnant un ou plusieurs électrons et en devenant une espèce ionique.

Par exemple, le sodium est situé dans la case qui suit directement celle du néon et possède un électron de plus que lui. En « éliminant » son dernier électron, peu lié au noyau, le sodium accède à la configuration stable du néon et acquiert une charge élémentaire positive : il devient l'ion Na+.

Les cations et les anions

Les éléments qui appartiennent aux premières colonnes du tableau périodique cèdent donc facilement des électrons pour donner des espèces positivement chargées appelées cations (comme Na+, Ca2+…).

Les éléments qui appartiennent aux dernières colonnes ont plutôt tendance à capter des électrons pour donner des espèces chargées négativement : les anions (tels que Cl…). Les ions stables comme Na+ ou Cl se trouvent à l'état naturel. D'autres ions, moins stables, peuvent cependant être créés par l'action ionisante d'un faisceau d'électrons sur la matière.

Les ions dans la nature

Dans les quatre états possibles de la matière (solide, liquide, gazeux et plasma), la présence d'ions est assez fréquente, en particulier dans le plasma qui est constitué de matière à l'état gazeux dont la majeure partie est ionisée.

Dans un solide ionique, ou cristal ionique, chaque ion positif est entouré d'ions négatifs et vice versa, la charge globale du cristal étant ainsi nulle. La cohésion du cristal est due principalement à des forces d'attraction et de répulsion électrostatiques entre les ions. Le sel de table, de formule NaCl, et d'autres halogénures des métaux alcalins (K, Li, Rb) sont des exemples bien connus de cristaux ioniques. Toutefois, il existe des solides ioniques qui renferment plus de deux espèces d'ions, par exemple le titanate de baryum, composé d'ions Ba2+, O2 et Ti4+, de formule BaTiO3.

En phase liquide, on trouve des ions dans deux cas :
a) un solide ionique fondu, aussi appelé sel fondu, qui est un liquide composé uniquement d'ions ;
b) des ions qui se trouvent dissous au sein d'un solvant; c'est le cas le plus fréquent. Les ions proviennent alors soit de la dissociation partielle du solvant lui-même (c'est le cas de l'eau, qui se dissocie en ions H+ et OH), soit de la dissociation d'une substance au moment de sa dissolution dans un solvant. Les sels, les acides, les bases, etc., se dissocient dans l'eau pour donner des ions.

On distingue généralement les ions simples (Cl, Br, Ag+, Mg2+, etc.), formés d'un atome, et les ions complexes formés de plusieurs atomes. Cependant les ions polyatomiques du type SO42−, NO3 qui ne peuvent se dissocier en fragments sont aussi appelés ions simples. Les ions complexes sont le plus souvent constitués par l'association de deux ou plusieurs ions se trouvant dans la même solution. Les réactions de formation d'ions complexes sont des équilibres, et les trois espèces d'ions existent simultanément en solution.