dans les réactions chimiques ordinaires, le noyau de chaque atome (et donc l’identité de l’élément) reste inchangé., Les électrons, cependant, peuvent être ajoutés aux atomes par transfert d’autres atomes, perdus par transfert à d’autres atomes ou partagés avec d’autres atomes. Le transfert et le partage des électrons entre les atomes régissent la chimie des éléments. Au cours de la formation de certains composés, les atomes gagnent ou perdent des électrons et forment des particules chargées électriquement appelées ions (Figure 1).

Vous pouvez utiliser le tableau périodique pour prédire si un atome forme un anion ou un cation, et vous pouvez souvent prédire la charge de l’ion résultante., Les atomes de nombreux métaux du groupe principal perdent suffisamment d’électrons pour leur laisser le même nombre d’électrons qu’un atome du gaz noble précédent. Pour illustrer, un atome d’un métal alcalin (groupe 1) perd un électron et forme un cation avec un+ 1 charge; un métal terreux (groupe 2) perd deux électrons et forme un cation avec une 2+ de charge, et ainsi de suite. Par exemple, un atome de calcium neutre, avec 20 protons et 20 électrons, perd facilement deux électrons. Il en résulte un cation avec 20 protons, 18 électrons et une charge 2+., Il a le même nombre d’électrons que les atomes du gaz noble précédent, l’argon, et est symbolisé \text{Ca}^{2+}. Le nom d’un ion métallique est le même que le nom de l’atome de métal à partir de laquelle il forme, donc \text{Ca}^{2+} est appelé un ion calcium.

lorsque les atomes d’éléments non métalliques forment des ions, ils gagnent généralement suffisamment d’électrons pour leur donner le même nombre d’électrons qu’un atome du gaz noble suivant dans le tableau périodique. Les atomes du groupe 17 gagnent un électron et forment des anions avec une charge 1; les atomes du groupe 16 gagnent deux électrons et forment des ions avec une charge 2, etc., Par exemple, l’atome de brome neutre, avec 35 protons et 35 électrons, peut gagner un électron pour lui fournir 36 électrons. Il en résulte un anion avec 35 protons, 36 électrons et une charge de 1. Il a le même nombre d’électrons que les atomes du gaz noble suivant, le krypton, et est symbolisé \text{Br}^{-}. (Une discussion de la théorie soutenant le statut privilégié des nombres d’électrons de gaz noble reflété dans ces règles prédictives pour la formation d’ions est fournie dans un module ultérieur de ce texte.,)

notez l’utilité du tableau périodique pour prédire la formation et la charge d’ions probables (Figure 2). En se déplaçant de l’extrême gauche vers la droite sur le tableau périodique, les éléments du groupe principal ont tendance à former des cations avec une charge égale au nombre de groupe. C’est-à-dire que les éléments du Groupe 1 forment 1+ ions; les éléments du groupe 2 forment 2+ ions, et ainsi de suite. Se déplaçant de l’extrême droite à la gauche sur le tableau périodique, les éléments forment souvent des anions avec une charge négative égale au nombre de groupes déplacés à gauche des gaz nobles., Par exemple, les éléments du groupe 17 (un groupe à gauche des gaz nobles) forment des ions 1; les éléments du groupe 16 (deux groupes à gauche) forment des ions 2, etc. Cette tendance peut être utilisée comme guide dans de nombreux cas, mais sa valeur prédictive diminue lorsqu’on se déplace vers le centre du tableau périodique. En fait, 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 de 1+ ou 2+, et le fer peut former des ions avec une charge de 2+ ou 3+.

la Figure 2., Certains éléments présentent un motif régulier de charge ionique lorsqu’ils forment des ions.

Les ions dont nous avons parlé jusqu’à présent sont appelés ions monatomiques, c’est-à-dire qu’ils sont formés d’un seul atome. Nous trouvons également de nombreux ions polyatomiques. Ces ions, qui agissent comme des unités discrètes, sont des molécules chargées électriquement (un groupe d’atomes liés avec une charge globale)., Certains des ions polyatomiques les plus importants sont énumérés dans le tableau 1. Oxyanions sont des ions polyatomiques qui contiennent un ou plusieurs atomes d’oxygène. À ce stade de votre étude de la chimie, vous devez mémoriser les noms, les formules et les charges des ions polyatomiques les plus courants. Parce que vous les utiliserez à plusieurs reprises, ils deviendront bientôt familiers.

la nature des forces attractives qui maintiennent les atomes ou les ions ensemble dans un composé est la base de la classification de la liaison chimique. Lorsque les électrons sont transférés et que des ions se forment, il en résulte des liaisons ioniques., Les liaisons ioniques sont des forces d’attraction électrostatiques, c’est-à-dire les forces d’attraction ressenties entre des objets de charge électrique opposée (dans ce cas, des cations et des anions). Lorsque les électrons sont « partagés » et que des molécules se forment, il en résulte des liaisons covalentes. Les liaisons covalentes sont les forces d’attraction entre les noyaux chargés positivement des atomes liés et une ou plusieurs paires d’électrons situées entre les atomes. Les composés sont classés comme ioniques ou moléculaires (covalents) sur la base des liaisons présentes dans ceux-ci.,

Composés Ioniques

Lorsqu’un élément composé d’atomes qui peuvent facilement perdre des électrons (un métal) réagit avec un élément composé d’atomes qui peuvent facilement gain d’électrons (un non-métal), un transfert d’électrons se produit généralement, produisant des ions. Le composé formé par ce transfert est stabilisé par les attractions électrostatiques (liaisons ioniques) entre les ions de charge opposée présents dans le composé., Par exemple, lors de chaque atome de sodium dans un échantillon de sodium métallique (groupe 1) cède un électron pour former un cations de sodium, Na+, et chaque atome de chlore dans un échantillon de gaz chloré (groupe 17) accepte un électron pour former un anion chlorure, Cl−, le composé résultant, NaCl, est composé d’ions sodium et d’ions chlorure dans le rapport de l’un de Na+ ion pour chaque ion Cl−. De même, chaque atome de calcium (groupe 2) peut céder deux électrons et en Transférer un à chacun des deux atomes de chlore pour former CaCl2, qui est composé d’ions Ca2+ et Cl− dans le rapport d’un ion Ca2+ à deux ions Cl−.,

Un composé qui contient des ions et est maintenu par liaison ionique est appelé un composé ionique. Le tableau périodique peut nous aider à reconnaître de nombreux composés ioniques: lorsqu’un métal est combiné avec un ou plusieurs non-métaux, le composé est généralement ionique. Cette ligne directrice fonctionne bien pour prédire la formation de composés ioniques pour la plupart des composés généralement rencontrés dans un cours d’introduction à la chimie. Cependant, il n’est pas toujours vrai (par exemple, le chlorure d’aluminium, AlCl3, n’est pas ionique).

Vous pouvez souvent reconnaître les composés ioniques en raison de leurs propriétés., Les composés ioniques sont des solides qui fondent généralement à des températures élevées et bouillent à des températures encore plus élevées. Par exemple, le chlorure de sodium fond à 801 °C et bout à 1413 °c. (à titre de comparaison, l’eau du composé moléculaire fond à 0 °C et bout à 100 °C.) sous forme solide, un composé ionique n’est pas électriquement conducteur car ses ions sont incapables de circuler (« électricité” est le flux de particules chargées). Une fois fondu, cependant, il peut conduire l’électricité parce que ses ions sont capables de se déplacer librement à travers le liquide (Figure 3).

la Figure 3., Le chlorure de Sodium fond à 801 °C et conduit l’électricité lorsqu’il est fondu. (crédit: modification de travail par Mark Blaser et Matt Evans)

dans chaque composé ionique, le nombre total de charges positives des cations est égal au nombre total de charges négatives des anions. Ainsi, les composés ioniques sont électriquement neutres dans l’ensemble, même s’ils contiennent des ions positifs et négatifs. Nous pouvons utiliser cette observation pour nous aider à écrire la formule d’un composé ionique. La formule d’un composé ionique doit avoir un rapport d’ions tel que les nombres de charges positives et négatives soient égaux.,

exemple 3: prédire la formule D’un composé ionique

le saphir de pierre gemme (Figure 4) est principalement un composé d’aluminium et d’oxygène qui contient des cations d’aluminium, Al3+, et des anions d’oxygène, O2−. Quelle est la formule de ce composé?

la Figure 4. Bien que l’oxyde d’aluminium pur soit incolore, des traces de fer et de titane donnent au saphir bleu sa couleur caractéristique., (crédit: modification du travail de Stanislav Doronenko)

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comme le composé ionique doit être électriquement neutre, il doit avoir le même nombre de charges positives et négatives. Deux ions aluminium, chacun avec une charge de 3+, nous donnerait six charges positives, et trois oxyde les ions, chacun avec une charge de 2−, nous donnerait six charges négatives. La formule serait Al2O3.,

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Prédire la formule du composé ionique formé entre les cations sodium, Na+, et le sulfure d’anions S2−.

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Na2S

composés moléculaires

de nombreux composés ne contiennent pas d’ions mais sont constitués uniquement de molécules neutres et discrètes. Ces composés moléculaires (composés covalents) résultent lorsque les atomes partagent, plutôt que de transférer (gagner ou perdre), des électrons. La liaison covalente est un concept important et étendu en chimie, et elle sera traitée en détail dans un module ultérieur de ce texte. Nous pouvons souvent identifier des composés moléculaires sur la base de leurs propriétés physiques., Dans des conditions normales, les composés moléculaires existent souvent sous forme de gaz, de liquides à bas point d’ébullition et de solides à bas point de fusion, bien que de nombreuses exceptions importantes existent.

alors que les composés ioniques sont généralement formés lorsqu’un métal et un non-métal combiner, covalente composés sont habituellement formés par une combinaison de nonmetals. Ainsi, le tableau périodique, peut nous aider à reconnaître de nombreux composés covalents., Bien que nous puissions utiliser les positions des éléments d’un composé dans le tableau périodique pour prédire s’il est ionique ou covalent à ce stade de notre étude de la chimie, vous devez savoir qu’il s’agit d’une approche très simpliste qui ne tient pas compte d’un certain nombre d’exceptions intéressantes. Des nuances de gris existent entre les composés ioniques et moléculaires, et vous en apprendrez plus plus tard.,