Ion
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Un ion (du grec iôn, « qui va ») est un atome ou un groupe d'atomes (molécule) qui a gagné ou perdu un ou des électrons (charges négatives). Le noyau d'un ion monoatomique a le même nombre de protons (Z) et le même nombre de neutrons que l'atome correspondant, mais en diffère par le nombre d'électrons ; c'est pourquoi on le note avec le même symbole mais complété par la charge.
Ce nom a été donné vers 1830, par Michael Faraday, aux espèces chimiques responsables de la conductivité électrique des liquides. Il fallu attendre 1885 pour que le suédois Svante August Arrhenius propose une explication du mécanisme de conduction, qui lui apportera son prix Nobel en 1903.
Un anion est un atome (ou groupement) ayant gagné un ou plusieurs électron(s) ; il possède une charge électrique négative car il contient alors plus d'électrons (-) que de protons (+). Par exemple, l'ion chlorure, noté Cl-, est l'atome de chlore (Cl) ayant gagné un électron.
Un anion est un ion négatif.
Un cation est un atome (ou groupement) ayant perdu un ou plusieurs électron(s) : il possède une charge électrique positive car il contient alors moins d'électrons (-) que de protons (+). Par exemple, l'ion sodium, noté Na+, est l'atome de sodium (Na) ayant perdu un électron.
Un cation est un ion positif.
Tout composé chimique étant électriquement neutre, s'il contient des ions, il contient alors nécessairement à la fois des cations et des anions. La matière étant globalement neutre, la charge des cations est compensée par celles des anions.
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[modifier] Solides ioniques
Ces solides sont constitués d'un empilement alterné de cations et d'anions reliés par des liaisons dite « ioniques » ; la cohésion de l'ensemble est assurée par les forces électrostatiques. Par exemple, le sel de table (chlorure de sodium) est un empilement d'ions chlorure et d'ion sodium.
Ces solides sont facilement solubles dans l'eau ou d'autres solvants polaires, car les ions y sont facilement solvatés (dispersés parmi les molécules du solvant).
[modifier] Ionisation de composés moléculaires
Dans certains corps moléculaires, certains atomes attirent plus les électrons de liaisons que d'autres ; on dit que les liaisons entre atomes sont polarisées. Au contact d'un solvant polaire, comme l'eau, les molécules de ces composés tel l'acide sulfurique , l'ammoniac ou le dioxyde de carbone, se dissocient en ions au cours de la dissolution.
[modifier] Les solutions ioniques
Un liquide contenant des ions parmi le solvant est appelé solution ionique. Dans la solution, les ions se déplacent facilement sous l'effet d'un champ électrique, d'où la forte conductibilité électrique des solutions ioniques. La mesure de la conductivité électrique d'une solution (conductimétrie) permet donc d'estimer sa teneur globale en ions.
Ainsi, l'eau des océans, qui constituent la plus importante réserve hydrique de la Terre, est riche en ions :
| Concentration approximative des principaux ions dans l'eau de mer normale | ||||||||||
| Ions | Cl– | Na+ | SO42– | Mg2+ | Ca2+ | HCO3– | Br– | CO32– | Sr2+ | F– |
| mg.L-1 | 19000 | 11000 | 2700 | 1300 | 420 | 110 | 73 | 15 | 8,1 | 1,3 |
[modifier] Exemples d'ions
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[modifier] Ionisation des gaz
L'ionisation des gaz peut être réalisée grâce à :
- une température très élevée :
- La chaleur — typiquement plus de 10000 K — apporte l'énergie nécessaire à cette ionisation et produit un plasma, gaz partiellement ou complètement ionisé. Constitué d'un mélange d'ions, chargés positivement, et d'électrons, négatifs, le plasma est dans son ensemble électriquement neutre. Le Soleil est un plasma ;
- L'ionisation radiative se produit sous l'action d'un rayonnement de courte longueur d'onde, dit ionisant, tels les rayons UV ou les rayons X : les gaz de la haute atmosphère, l'ionosphère, ionisés par le rayonnement solaire, participent à la formation de couches réfléchissant les ondes radio sur ondes courtes ;
- un champ électrique intense :
- La torche à plasma, encore appelée ICP (spectrométrie d'émission à couplage inductif), est une technique qui utilise un plasma, généré grâce à un intense champ électrique, pour vaporiser et ioniser les composés à analyser. Les éclairs sont un autre exemple d'ionisation électrique ;
- un faisceau de particules :
- Les collisions entre les molécules gazeuses de l'ionosphère avec les particules solaires de haute énergie peuvent générer des aurores polaires.
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