Définition des ions polyatomiques
Un ion polyatomique est un groupe de deux ou plusieurs atomes liés par covalence (ou un complexe métallique), qui se comporte comme une seule unité et possède une charge nette.
Selon la définition utilisée, le mot "molécule" peut ou non être utilisé pour décrire un ion comportant plus d'un atome. Le préfixe grec poly- signifie "beaucoup", mais même les ions ne comportant que deux atomes sont souvent appelés "polyatomiques".
Ces ions agissent essentiellement comme une seule unité (la plupart du temps) inséparable. Qu'est-ce que je veux dire par là ? Parlons de la dissociation.
Lorsque des composés solubles dans l'eau sont placés dans l'eau, ils se dissocient (c'est-à-dire qu'ils se séparent). Par exemple, voici la dissociation du NaCl :
$$NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^-$$
En gros, le composé se décompose en ses ions. Maintenant, qu'en est-il d'un composé contenant un ion polyatomique ? Examinons la dissociation de l'acide sulfurique (H2SO4), qui contient l'ion polyatomique sulfate (SO42-).
$$H_2SO_4 \rightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$$$
Comme tu peux le voir, l'ion sulfate reste intact, c'est ce que je voulais dire par "inséparable".
Exemples d'ions polyatomiques
Maintenant que nous avons une idée générale de ce qu'est un ion polyatomique, voyons quelques exemples.
Voici le carbonate de calcium (CaCO3), qui contient l'ion polyatomique carbonate (CO32-) :
Fig.1 - Carbonate de calcium (CaCO3)
Nous voyons ici que le carbonate agit comme une seule unité avec une charge de -2. L'ion calcium (Ca2+) est attiré par cette charge et forme une liaison avec les ions polyatomiques.
Les lignes en pointillé sur le carbonate montrent que chaque double liaison est en réalité une "liaison 1 1/3". Le carbonate a plusieurs formes de résonance, où chaque liaison C-O peut être une liaison C=O.
Les ions polyatomiques peuvent former des composés entre eux, comme le montre la figure ci-dessous avec le carbonate d'ammonium ((NH4)2CO3) :
Fig.2 - Structure du carbonate d'ammonium ((NH4)2CO3)
Chaque ion ammonium (NH4+) a une charge de +1, tandis que le carbonate, comme nous l'avons vu précédemment, a une charge de -2. Chaque ion ammonium se lie à un côté de l'ion carbonate.
Nom des composés à ions polyatomiques
Les composés ioniques avec des ions polyatomiques sont nommés de la même manière que les autres composés ioniques : il suffit de mettre ensemble le nom du cation et le nom de l'anion. S'il y a plus d'un ion polyatomique, n'ajoute pas de numéro au nom. La seule fois où cela est possible, c'est lorsque le nom de l'ion contient déjà un chiffre, comme le bichromate ou le triiodure.
Par exemple, H2SO3 est du sulfate d'hydrogène.
Il existe une différence importante dans la façon dont les formules des composés ioniques sont écrites. Si plus d'un ion polyatomique est nécessaire pour équilibrer la charge globale de la formule, mets la formule de l'ion polyatomique entre parenthèses et écris l'indice numérique correct à droite des parenthèses. Ainsi, la bonne façon d'écrire la formule de l'ion béryllium (Be2+) et de l'ion hydroxyde (OH-) est Be(OH)2, et non BeOH2 ou BeO2H2. Lorsqu'elles sont nécessaires, utilise les parenthèses. Ce composé ionique est appelé "hydroxyde de béryllium", ce qui est son seul nom.
Les ions polyatomiques courants
Il existe de nombreux ions polyatomiques, mais il y en a certains que tu rencontreras souvent au cours de ta carrière de chimiste. Comme les ions polyatomiques sont considérés comme une unité et non comme un composé, ils ne suivent pas la convention de dénomination des composés. Au lieu de cela, nous mémorisons simplement les noms et les charges.
Bien que cela puisse sembler une tâche décourageante au début, tu finiras par y arriver !
Tableau des ions polyatomiques
Tu trouveras ci-dessous un tableau présentant quelques ions polyatomiques courants :
Fig.3 - Liste des ions polyatomiques courants par ordre de charge
Tu remarqueras que certains de ces ions, comme le nitrate (NO3-) et le nitrite (NO2-) se ressemblent beaucoup. Ce type d'ion est appelé oxyanion car il contient de l'oxygène et est un anion (ion chargé négativement).
Lorsque nous nommons ces ions, le suffixe est basé sur le nombre d'oxygène :
- Le plus d'oxygène : Per + name + ate
- Plus d'oxygène : nom + ate
- Moins d'oxygène : nom + ite
- Moins d'oxygène : Hypo + nom + ite
Cette convention est basée sur le nombre d'atomes d'oxygène possibles, comme indiqué ci-dessous :
Fig.4 - Tableau de désignation des oxyanions
Charges des ions polyatomiques
Les ions polyatomiques peuvent avoir une grande variété de charges. Les espèces chargées négativement (anions) sont beaucoup plus courantes, mais il en existe encore qui ont des charges positives(cations).
D'où viennent ces charges ? Ces charges sont basées sur le nombre d'oxydation de l'élément composant.
Le nombre d'oxydation d'une espèce est la charge théorique qu'elle aura lors de la liaison. Ce nombre nous indique combien d'électrons l'espèce perdra (nombre positif) ou gagnera (nombre négatif) pendant la liaison.
Fig.5 - Diagramme des états d'oxydation courants
Maintenant que nous savons ce que sont les états d'oxydation, voyons comment déterminer la charge d'un ion polyatomique.Trouve la charge de l'ion polyatomique carbonate (CO3?)
L'oxygène a généralement un état d'oxydation de -2. En général, l'espèce de gauche a une charge positive, tandis que l'espèce de droite a une charge négative. C'est pourquoi le degré d'oxydation du carbone est ici de +4 au lieu de -4.
En les additionnant, on obtient ,
$$+4+3(-2)=-2$$
Par conséquent, la charge du carbonate est de -2.
Ions polyatomiques - Principaux enseignements
- Un ion polyatomique est un groupe d'au moins deux atomes liés par une liaison covalente (ou un complexe métallique), qui se comporte comme une unité unique et possède une charge nette.
- Les ions polyatomiques ne se dissocient pas dans l'eau.
- Les ions polyatomiques peuvent former des composés entre eux.
- Les composés ioniques avec des ions polyatomiques sont nommés de la même manière que les autres composés ioniques : il suffit de mettre ensemble le nom du cation et le nom de l'anion. S'il y a plus d'un ion polyatomique, n'ajoute pas de numéro au nom.
- Le nombre d'oxydation d'une espèce est la charge théorique qu'elle aura lors de la liaison. Ce nombre nous indique combien d'électrons l'espèce perdra (nombre positif) ou gagnera (nombre négatif) pendant la liaison.
- Les ions polyatomiques obtiennent leur charge à partir des nombres d'oxydation combinés de leurs composants
Références
- Fig.3 - Tableau des états d'oxydation courants (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/aa/Oks%C3%BCdatsiooniastmed.png/640px-Oks%C3%BCdatsiooniastmed.png) par Collective sur Wikimedia Commons sous licence CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)
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