Ions : Anions et Cations

Dans la plupart des atomes, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons. Cela signifie que la charge d'un atome est normalement nulle. Un atome peut être chargé négativement lorsqu'il gagne des électrons (anions) et inversement (chargé positivement) lorsqu'il perd des électrons (cations). Le terme "ion" est utilisé pour désigner un atome chargé, quel que soit le signe de la charge. Comprendre les ions est vital lorsqu'il s'agit du mouvement des électrons et de la liaison en chimie.

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      • Cet article traite des deux différents types d'ions (cations et anions).
      • Nous commencerons par comprendre ce que sont les ions, puis nous distinguerons leurs différences.
      • Ensuite, nous apprendrons la différence de rayon et ce qu'est une résine échangeuse.
      • Enfin, nous aborderons des exemples de cations et d'anions courants.

      Définition des ions, des cations et des anions

      Commençons par examiner la définition des cations et des anions.

      Ion: une molécule avec une charge nette (+ ou -).

      Cation: un ion avec une charge nette positive (+).

      Anion: un ion avec une charge nette négative (-).

      Comme indiqué ci-dessus, les ions sont des molécules chargées. Le mot "ion" a été introduit pour la première fois par Michael Faraday en 1834 pour décrire une substance qu'il avait observée se déplaçant dans un courant.

      Le terme "ion" vient du mot grec de même orthographe, qui signifie "aller", tandis que les noms "cation" et "anion" désignent respectivement un élément qui se déplace vers le bas et vers le haut. En effet, au cours d'un processus connu sous le nom d'électrolyse, les cations sont attirés par la cathode chargée négativement, tandis que les anions sont attirés par l'anode chargée positivement.

      Pour obtenir des informations plus détaillées sur l'électrolyse, reporte-toi à notre article "Électrolyse".

      Différences entre les ions cation et anion

      Maintenant que nous comprenons ce que sont les ions, nous pouvons nous concentrer sur la différence entre eux.

      La différence entre les cations et les anions provient de leur charge différente.

      Cations: ce sont des ions chargés positivement (+). Leur charge positive provient du fait qu'ils ont plus de protons que d'électrons. Ils se forment lorsqu'un atome souvent neutre perd un ou plusieurs électrons.

      Anions: ce sont des ions chargés négativement (-). Leur charge négative vient du fait qu'ils ont plus d'électrons que de protons. Ils se forment lorsqu'un atome neutre gagne un ou plusieurs électrons.

      Un moyen rapide de se rappeler que les anions sont chargés négativement est de penser que le N de aNion est négatif et que le t de caTion est un signe +.

      .

      Ions : Anions et cations Illustration de cations et d'anions se formant à partir d'un atome neutre à la suite StudySmarterFigure 1 : Illustration de cations et d'anions se formant à partir d'un atome neutre suite à la perte et au gain d'électrons, respectivement. Daniela Lin, StudySmarter Originals

      C'est à cause de ces différences de charge que les cations et les anions se comportent différemment dans des processus tels que l'électrolyse.

      L'électrolyse est le processus par lequel un courant électrique passe à travers un matériau, créant une réaction chimique.

      En chimie, on écrit les cations avec le signe + et les anions avec le signe -. Le symbole numérique inscrit à côté des charges indique le nombre d'électrons que l'atome a respectivement perdus ou gagnés.

      N'oublie pas que les électrons sont chargés négativement (-), ce qui signifie que lorsque nous les PERDONS, notre atome est chargé positivement, +, et que lorsqu'un atome gagne des électrons, il est chargé négativement, -.

      Ions : Anions et cations Nommer les ions Étudier plus intelligemmentFigure 2 : Les métaux perdent des électrons tandis que les non-métaux en gagnent. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

      Pour plus de détails sur les conventions de dénomination des composés ioniques, reporte-toi à notre article principal "Composés ioniques et moléculaires".

      Dans le cas de Na+ et Cl-, la réaction ionique se traduit par la perte d'un électron par Na+ et le gain d'un électron par Cl-. L'illustration ci-dessus sera développée plus loin avec les diagrammes de Lewis, mais pour l'instant, il est important de comprendre la convention associée à la façon dont nous écrivons les ions.

      Rayon du cation, de l'ion et de l'anion

      Maintenant que nous connaissons la définition des ions et les différences entre eux, il est temps d'examiner les rayons ioniques.

      Rappelle que le rayon atomique correspond à la moitié de la distance entre deux noyaux d'atomes neutres. En revanche, le rayon ionique décrit la moitié de la distance entre deux noyaux d'atomes non neutres.

      Rayon ionique: la moitié du diamètre d'un ion

      Pour des informations plus détaillées concernant les tendances périodiques, tu peux te référer à nos articles "Tendances périodiques" ou "Tendances périodiques : Tendances générales".

      Les anions ont un rayon ionique plus grand que le rayon atomique du même élément. En comparaison, les cations ont un rayon ionique plus petit par rapport au rayon atomique du même élément.

      Tu es confus ? Ce n'est pas grave ! L'illustration ci-dessous donne une représentation visuelle des différences de taille radiale.

      Ions : Anions et cations Rayon ionique Différence entre les cations et les ions StudySmarterFigure 3 : Rayon des cations et des anions comparé au rayon atomique respectif de leur élément. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

      Les différences de taille entre les rayons s'expliquent par le fait que lorsque les atomes neutres gagnent des électrons et deviennent des anions, davantage d'électrons occupent les orbitales externes, ce qui entraîne une répulsion accrue des électrons. Cette augmentation de la répulsion électronique éloigne les électrons les uns des autres, ce qui se traduit par un rayon ionique plus grand.

      L'inverse se produit avec les cations, qui résultent de la perte d'électrons. Une répulsion électronique moindre entraîne un rayon ionique plus petit.

      En d'autres termes, les cations ont un rayon ionique plus petit, tandis que les anions ont un rayon ionique plus grand par rapport au rayon atomique respectif de leur élément.

      Résine échangeuse d'ions cations et anions

      Plus haut dans l'article, nous avons mentionné que certaines substances peuvent servir de support à l'échange d'ions.

      L'une de ces substances est la résine. La résine est une substance très visqueuse, souvent fabriquée à partir de plantes. Elle est insoluble et contient des microbilles suffisamment poreuses pour piéger des ions spécifiques, en fonction de leur charge, ce qui facilite le processus connu sous le nom d'échange d'ions.

      L'échange d'ions élimine les ions indésirables, généralement des liquides, et les remplace par des ions plus souhaitables.

      Ce processus est fréquemment utilisé pour purifier et adoucir l'eau à des fins de consommation.

      Les résines échangeuses de cations sont composées de groupes sulfonates chargés négativement. Quant aux résines échangeuses d'anions, elles contiennent des surfaces d'amines chargées positivement.

      Ionique : Anions et Cations Schéma d'une résine échangeuse d'ions StudySmarterFigure 4 : Illustration d'un échangeur d'ions. Daniela Lin, StudySmarter Originals

      Le processus d'adoucissement de l'eau, par échange d'ions, est illustré ci-dessus. Cet échange de cations particulier consiste à échanger du magnésium et du calcium contre des ions sodium. Il existe de nombreux autres types d'échange d'ions et également de nombreuses autres applications de la chromatographie par échange d'ions en chimie organique et en biochimie. Nous ne les aborderons pas en détail ici, mais toutes ces techniques chimiques avancées sont basées sur l'application simple de l'échange d'ions décrite ci-dessus.

      Exemples d'ions Cations et Anions

      Avant d'examiner la formation des composés ioniques, nous devons comprendre quels éléments du tableau périodique sont susceptibles de former des cations ou des anions.

      • Les gaz rares sont stables parce qu'ils ont des électrons de valence complets ; ils n'ont donc pas tendance à former des ions.

      • Les métaux ont tendance à créer des cations, tandis que les non-métaux ont tendance à créer des anions.

      • Les éléments situés à gauche du tableau périodique ont tendance à former des cations, alors que les éléments situés à droite du tableau périodique ont tendance à créer des anions.

      Ions : Anions et Cations Tendances ioniques indiquées dans le tableau périodique StudySmarterFigure 5 : Illustration du tableau périodique avec les charges ioniques représentées. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

      L'image ci-dessus montre que :

      • Formation de cations (+) : Les groupes 1, 2, 13 et 14 ont tendance à former des cations en perdant des électrons.

      • Formation d'anions (-) : Les groupes 15, 16 et 17 ont tendance à former des anions en gagnant des électrons.

      Le carbone peut gagner ou perdre des électrons en fonction de la situation, mais la formation de carbocations ou de carbanions est généralement difficile à stabiliser.

      Cela signifie que le carbone partage généralement ses 4 électrons de valence avec d'autres molécules par le biais de liaisons covalentes simples, doubles ou triples.

      Pour obtenir des informations plus détaillées sur les électrons de valence ou les diagrammes de Lewis, reporte-toi à nos articles "Electrons de valence" ou "Diagrammes de Lewis".

      Maintenant que nous avons appris quels éléments ont tendance à créer des cations et quels éléments ont tendance à créer des anions. L'étape suivante consiste à examiner comment se forment les composés ioniques. Pour ce faire, nous utiliserons les diagrammes de Lewis.

      Les illustrations simplifiées des électrons de valence d'une molécule sont connues sous le nom de diagrammes de Lewis. Nous pouvons également utiliser les diagrammes de Lewis pour montrer le transfert d'électrons dans les composés ioniques, et c'est précisément ce que nous allons faire maintenant.

      Nous utiliserons les mêmes ions que ceux illustrés dans notre graphique d'écriture des ions ci-dessus.

      Ions : Anions et cations Exemples de transfert d'ions dans une réaction de composé ionique StudySmarterFigure 6 : Exemples de transfert d'ions dans une réaction de composé ionique produisant du chlorure de sodium et de l'oxyde de magnésium. Daniela Lin, StudySmarter Originals

      Maintenant que nous avons examiné quelques exemples de cations et d'anions dans le cadre d'une réaction de composé ionique, nous devrions être en mesure d'identifier les ions, les cations et les anions. Nous devrions être capables d'identifier les ions, les cations et les anions. Nous devrions également être en mesure de comprendre quels ions gagnent ou perdent des électrons. Enfin, nous devrions comprendre les résines d'échange et les tendances des rayons ioniques.

      Les ions : Anions et cations - Principaux enseignements

      • Un ion est une molécule dont la charge nette n'est pas nulle. Les ions sont un concept chimique important car ils décrivent le mouvement des électrons et ont des applications commerciales telles que la purification de l'eau.

      • Un cation est un type d'ion avec une charge nette positive (+).

      • Un anion est un type d'ion avec une charge nette négative (-).

      • Le rayon ionique correspond à la moitié du diamètre d'un ion par rapport au rayon atomique, qui correspond à la moitié du diamètre d'un atome neutre.

      • Enfin, les éléments situés à gauche du tableau périodique ont tendance à produire des cations, alors que les éléments situés à droite du tableau périodique ont tendance à créer des anions.


      Références

      1. Libretexts. (2020, 14 septembre). Tendances périodiques des rayons ioniques. Chimie LibreTexts.
      2. 7.3 Symboles et structures de lewis - chimie 2E. OpenStax. (n.d.).
      3. Libretexts. (2022, 2 mai). 3.2 : Ions. Chimie LibreTexts.
      Questions fréquemment posées en Ions : Anions et Cations
      Qu'est-ce qu'un ion en chimie?
      Un ion est un atome ou une molécule qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons, créant une charge électrique.
      Quelle est la différence entre un anion et un cation?
      Un anion est un ion avec une charge négative (gagne des électrons), tandis qu'un cation a une charge positive (perd des électrons).
      Comment se forme un cation?
      Un cation se forme lorsqu'un atome perd un ou plusieurs électrons, ce qui lui donne une charge positive.
      Comment se forme un anion?
      Un anion se forme lorsqu'un atome gagne un ou plusieurs électrons, ce qui lui donne une charge négative.
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      Quelle est la différence entre les cations et les anions ?

      Quels groupes ont tendance à gagner ou à perdre des électrons ?

      Les métaux ont tendance à gagner des électrons en formant des cations.

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