Alors, sans plus attendre, plongeons dans les charges des composés ioniques!
- Tout d'abord, nous parlerons des composés ioniques et de l'énergie d'ionisation.
- Ensuite, nous parlerons de la charge ionique.
- Ensuite, nous explorerons les tendances de la charge ionique dans le tableau périodique et nous ferons un tableau montrant les ions les plus courants des métaux et des non-métaux.
- Enfin, nous répondrons à quelques questions concernant la charge ionique.
Tendances de la charge ionique et de l'énergie d'ionisation
Pour pouvoir comprendre ce qu'est une charge ionique et ses tendances, passons en revue les bases des ions et descomposés ioniques .
En chimie, un composé ionique est un composé formé par la réaction entre un métal et un non-métal.
Les solides ioniques présentent une structure intéressante : ils sont constitués d'une alternance d'ions négatifs et d' ions positifs, maintenus ensemble par une liaison ionique. Cet arrangement est appelé structure en treillis.
Par exemple, le chlorure de potassium (KCl) est un composé ionique formé à partir d'une réaction chimique entre le potassium (K) et le chlore (Cl). La structure en treillis du KCl est composée d'un motif répétitif d'ions potassium (K+) et d'ions chlorure (Cl-).
$$ \text{Réaction équilibrée : \text{2 K + Cl}_{2}\text{ }\longrightarrow \text{ 2 KCl } $$
Figure 1. Structure en treillis du KCl - Isadora Santos, StudySmarter Originals.
Plusieurs caractéristiques sont associées aux composés ioniques et à leur structure en treillis :
- Comme il faut beaucoup d'énergie pour surmonter l'attraction entre les ions, les composés ioniques ont des points de fusion élevés.
- Les composés ioniques solides sont incapables de conduire l'électricité. Seuls les solides ioniques qui ont été dissous dans l'eau ou fondus peuvent conduire l'électricité.
- Les solides ioniques sont cristallins.
Maintenant, rappelle-toi que, dans la liaison ionique, les électrons de valence d'un métal sont transférés au non-métal. Dans le cas du chlorure de potassium (KCl), les atomes de potassium (K) perdent des électrons, tandis que le chlore en gagne.
Lorsque ce transfert d'électrons se produit, des ions se forment !
- La perte d'un électron dans un atome de métal entraîne la formation d'un ion chargé positivement, également appelé cation.
- Lorsqu'un atome non métallique gagne un électron, il se transforme en un ion chargé négativement, appelé anion.
Dans la liaison ionique, les ions se forment lorsque les atomes gagnent ou perdent des électrons.
Mais pourquoi les atomes métalliques perdent-ils facilement leurs électrons de valence ? C'est à cause de leur énergie d'ionisation. Les métaux ont une faible énergie d'ionisation et perdent donc leurs électrons de valence pour former des ions positifs ayant la même configuration électronique que le gaz noble le plus proche !
La raison pour laquelle les éléments veulent gagner ou se débarrasser de leurs électrons de valence et ressembler à un gaz noble est liée à la stabilité ! Les gaz rares sont très stables parce qu'ils possèdent une enveloppe extérieure complète comprenant 8 électrons de valence, ce qui est le nombre maximum d'électrons de valence que leur enveloppe extérieure peut contenir.
L'hélium est l'exception, car son enveloppe extérieure ne peut contenir que 2 électrons de valence. Par conséquent, les espèces comme le lithium perdront des électrons pour avoir 2 électrons de valence.
Les éléments voudront donc gagner/perdre des électrons pour obtenir une enveloppe extérieure complète comme celle des gaz nobles, et devenir plus stables !
En chimie, l'énergie d'ionisation (IE) désigne la quantité d'énergie nécessaire pour retirer un ou plusieurs électrons d'un atome neutre.
Par exemple, lorsqu'un atome de sodium (Na) perd un électron de valence pour devenir un ion sodium (Na+), sa configuration électronique se transforme en celle du néon (Ne).
D'autre part, les non-métaux ont des énergies d'ionisation élevées, et ils gagnent un ou plusieurs électrons pour atteindre une configuration électronique stable.
La tendance en matière d'énergie d'ionisation est que l'énergie d'ionisation diminue vers le bas d'un groupe, et augmente de gauche à droite.
Tendances de la signification de la charge ionique
Maintenant que nous savons ce que sont les ions, plongeons dans les charges ioniques et ses tendances ! Lorsqu'un atome se transforme en ion positif ou négatif, il acquiert une certaine charge appelée charge ionique.
La chargeionique est la charge spécifique qu'un atome acquiert après avoir perdu/gagné des électrons de valence.
Par exemple, lorsque le chlorure de sodium (NaCl) se dissout dans l'eau, il se sépare en ions sodium et en ions chlorure.
- L'ion sodium a une charge de +1, tandis que l'ion chlorure a une charge ionique de -1.
Tendances de la charge ionique : Tableau périodique
Explorons maintenant les tendances des charges ioniques dans le tableau périodique. La tendance générale de la charge ionique dans les composés ioniques est la suivante :
- Les éléments du groupe 1 (métaux alcalins) perdent un électron de valence pour former des ions de charge +1
- Dans le groupe 2 (métaux alcalino-terreux), deux électrons de valence sont perdus pour former des ions +2.
- Les éléments des groupes 3 à 12 possèdent des charges ioniques variables.
- Les éléments du groupe 13 ont des ions avec une charge +3 car ils perdent trois électrons.
- Les non-métaux du groupe 14 ne forment généralement pas d'ions. Cependant, les métaux Sn et Pb ont tendance à perdre des électrons pour former des ions chargés positivement.
- Les éléments du groupe 15 gagnent trois électrons pour former des ions avec une charge de -3.
- Les éléments du groupe 16 gagnent deux électrons pour former des ions avec une charge de -2. Par exemple, l'oxygène du groupe 16 gagnera deux électrons pour former un ion d'oxygène avec une charge de -2.
- Les éléments du groupe 17 gagneront un électron pour former des ions avec une charge ionique de -1.
Le tableau périodique ci-dessous indique les charges ioniques des différents éléments du tableau périodique.
Sais-tu qu'il existe de nombreux ions qui sont très importants pour notre corps ? Ces ions jouent un rôle essentiel dans différentes fonctions physiologiques et métaboliques. Par exemple, l'ion sodium (Na+) aide à réguler et à contrôler les fluides corporels, les ions potassium (K+) aident à réguler les fluides corporels et les fonctions cellulaires, les ions calcium (Ca2+) sont importants dans la contraction musculaire, tandis que les ions magnésium (Mg2+) sont essentiels pour certaines enzymes, les muscles et le contrôle des nerfs !
Tendances périodiques : Rayon ionique
Lorsqu'un atome neutre gagne ou perd des électrons, son rayon change de taille. Par exemple, lorsque le lithium perd un électron pour former l'ion Li+, son rayon passe de 145 pm à 76pm.
Dans le tableau périodique, la tendance générale du rayon ionique est la suivante : les ions chargés positivement (cations) ont tendance à avoir un rayon plus petit par rapport à leurs atomes parents, tandis que les ions chargés négativement (anions) ont tendance à être plus grands que leurs atomes parents.
Cette différence de taille atomique et ionique est principalement due à l'ajout ou à la suppression d'électrons pour former les ions. Lorsqu'un atome perd des électrons pour former un cation, la masse ionique qui en résulte est plus faible. En revanche, lorsqu'un atome gagne des électrons supplémentaires pour former un anion, la masse ionique qui en résulte est plus élevée.
Tendances pour Tableau des charges ioniques
Pour afficher les ions et leurs charges, faisons un tableau montrant les charges ioniques de certains ions métalliques et non métalliques courants.
| Numéro de groupe | Cation | Charge | Numéro de groupe | Anion | Charge |
| 1 (1A) | $$\text{Li}^{+}$$ | +1 | 15 (5A) | $$\text{N}^{3-}$$ | -3 |
| $$\text{Na}^{+}$$ | +1 | $$\text{P}^{3-} $$ | -3 | ||
| $$\text{K}^{+}$$ | +1 | 16 (6A) | $$\text{O}^{2-} $$ | -2 | |
| 2 (2A) | $$\text{Mg}^{2+} $$ | +2 | $$\text{S}^{2-} $$ | -2 | |
| $$\text{Ca}^{2+} $$ | +2 | 17 (7A) | $$\text{F}^{-} $$ | -1 | |
| $$\text{Ba}^{2+} $$ | +2 | $$\text{Cl}^{-} $$ | -1 | ||
| 3 (3A) | $$\text{Al}^{3+} $$ | +3 | $$\text{Br}^{-} $$ | -1 | |
| $$\text{I}^{-} $$ | -1 |
Jetons un coup d'œil à un problème !
Indique le nombre de protons et d'électrons dansS2-.
Ce problème nous demande de trouver le nombre de protons et d'électrons que possède l'ion soufreS2-. La première chose à faire est de regarder le numéro atomique du soufre (S) dans le tableau périodique. Selon le tableau périodique, le soufre a un numéro atomique de 16, ce qui signifie qu'il possède 16 protons et donc 16 électrons.
Pour devenir un ion de soufre avec une charge de -2, le soufre doit gagner 2 électrons. On peut donc dire que l'ion soufre (S2-) contient 16 protons et 18 électrons.
Rappelle-toi : Le numéro atomique d'un élément est son nombre de protons. Les électrons sont égaux au nombre de protons dans les atomes neutres.
Tendances pour les questions sur la charge ionique
Pour terminer, examinons quelques questions portant sur la charge ionique.
Question 1: Combien d'électrons le strontium (Sr) doit-il gagner/perdre pour former un ion ?
La première étape consiste à regarder le tableau périodique pour voir dans quel groupe se trouve le strontium (Sr). Tu remarqueras que le strontium fait partie du groupe 2.
Il y a deux électrons dans la coquille la plus externe de tous les éléments du groupe 2, et ils veulent s'en débarrasser pour obtenir une configuration plus stable. Le strontium (Sr) va donc perdre ces deux électrons pour former un ion strontium de charge +2 (Sr2+) !
Question 2 : Combien d'électrons l'azote (N) doit-il gagner/perdre pour former un ion ?
L'azote est un non-métal appartenant au groupe 15. Il possède 7 électrons au total, dont 5 sur la couche externe. Pour remplir son enveloppe externe, l'azote doit gagner trois électrons. En gagnant trois électrons, l'azote (N) se transforme en un ion avec une charge ionique de -3 (N3-).
Une enveloppe extérieure pleine de 8 électrons est la configuration la plus stable ! Pour en savoir plus, consulte"La règle de l'octuor" !
Maintenant, j'espère que tu es plus confiant dans ta compréhension des composés ioniques et des tendances des charges ioniques !
Tendances des charges ioniques - Principaux enseignements
- En chimie, un composé ionique est un composé formé par la réaction entre un métal et un non-métal.
- La structure des composés ioniques consiste en une alternance d'ions négatifs et d' ions positifs maintenus ensemble par une liaison ionique. Cet arrangement est appelé structure en treillis.
- Dans la liaison ionique, les ions se forment lorsque les atomes gagnent ou perdent des électrons.
- La chargeionique est la charge spécifique qu'un atome acquiert après avoir perdu/gagné des électrons de valence.
- La charge ionique d'un élément dépend de la quantité d'électrons qu'il perd ou gagne pour atteindre sa configuration la plus stable (enveloppe extérieure complète).
Références
- Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2019). Chimie générale, organique et biologique : structures de la vie. Pearson.
- Theodore Lawrence Brown, Eugene, H., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2018). Chimie : la science centrale (14e éd.). Pearson.
- Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., & Decoste, D. J. (2019). Chemistry. Cengage Learning Asia Pte Ltd.
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