LES IONS ET LES MOLECULES

 

LES IONS

Définition

Un ion est un atome (ou groupe d’atomes), ayant perdu (ou gagné) un (ou plusieurs) électrons.

Formation d’ions monoatomiques

Règle de l’octet

Au cours de leurs transformations, les atomes tendent à saturer leur couche externe à 8 électrons (1 octet), exception faite de l’hydrogène qui sature la sienne à 2 électrons (1 doublet).

           La formule électronique de l’atome de sodium est K2L8M1. D’après la règle de l’octet, cet atome tend à acquérir une couche externe à 8 électrons, donc à perdre l’unique électron de la couche M, la couche L devenant, de ce fait, la couche externe

L’atome de sodium, ayant perdu un électron, se charge positivement car il possède un proton en excédent. Il devient l’ion sodium, noté Na+

On traduit cette transformation par une équation électronique. :

Na → Na+ + e-

La formule électronique de l’atome de chlore est K2L8M7. Pour obéir à la règle de l’octet, l’atome de chlore a tendance à capter un électron pour porter la couche M à 8 électrons. Il se charge alors négativement car il possède un électron en excédent. Il devient l’ion chlorure Cl -

On traduit cette transformation par une équation électronique. :

Cl +e- → Cl-

Au cours de la formation de chlorure de sodium, les atomes de sodium ont cédé des électrons aux atomes de chlore. Les atomes se sont transformés en ions, espèces chimiques stables.

Les ions monoatomiques sont, comme les atomes, des représentants des éléments.

Remarque :

            Les éléments dont les atomes ont tendance à perdre des électrons pour devenir des ions positifs sont dits électropositifs.

Les éléments dont les atomes ont tendance à gagner des électrons pour devenir des ions négatifs sont dits électronégatifs.

Existence des ions polyatomiques

Il existe des ions formés à partir de plusieurs atomes. Ils sont des ions polyatomiques : SO42-, H3O+  

LES MOLECULES

Définition

Une molécule est un assemblage, électriquement neutre, formé des atomes liés entre eux par des liaisons covalentes.

Liaison covalente

Une liaison covalente entre deux atomes est la mise en commun d’un doublet d’électron.

Remarques :

-Les électrons qui peuvent être mis en commun sont des électrons célibataires. Le doublet d’électron qu’ils forment est un doublet liant, par opposition au doublet non liant pouvant exister sur la couche externe d’un atome.

-Un atome peut former autant de liaisons covalentes qu’ils possèdent des électrons célibataires sur sa couche externe.

-Le nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est la valence de cet atome.

Représentation d’une molécule

·         La formule brute d’une molécule est obtenue par juxtaposition des symboles des éléments constituant la molécule. Chaque symbole porte en indice, en bas et à droite, le nombre d’atomes de cet élément dans la molécule. Le nombre 1 n’est pas porté.

Exemples : H2O ; HCl

·         La représentation de Lewis met en évidence les doublets liants et non-liants.

La représentation de Lewis simplifiée ou formule développée ne met en évidence que les doublets de liaison.

Exemples : H-Cl pour HCl; Cl-Cl pour Cl2

·         On peut aussi utiliser des modèles moléculaires.

Exemples : pour la molécule H2O

 

EXERCICES

EXERCICE I
1.L’atome de sodium a pour numéro atomique Z = 11. Prévoir la formule chimique de l’ion monoatomique issu de l’atome de sodium
2.L’atome de chlore a pour numéro atomique Z = 17. Prévoir la formule chimique de l’ion monoatomique issu de cet atome
3.Expliquer  comment  se forme le sel ionique NaCl.


EXERCICE II :
Le sel de mer est majoritairement composé de chlorure de sodium NaCl. Il contient également du chlorure de
magnésium de formule MgCl2
1. Donner les structures électroniques des atomes Mg et Cl
2. En déduire les charges des ions magnésium et chlorure
3. Combien d’électrons ces ions possèdent-ils sur leurs couches externes ?
Données : Numéro atomique des éléments : Mg(Z=12) ; Na(Z=11) ; Cl(Z=17)

EXERCICE III :

1       Quelle est la valence du carbone et de l’azote.

2       Ecrire la formule développée du méthane et celle de l’ammoniac.

On donne les formules brutes. CH4(Méthane) ; NH3(ammoniac.)

3. On donne la représentation de Lewis de quelques atomes:

°Zn°       I S°°      I O°°        °Sr°            °Ba°   

          3.1.  Quels sont parmi ces éléments ceux qui sont :

                  a) Electronégatifs 

                  b) Electropositifs ;

          3.2 Donner la formule des ions correspondants

 

EXERCICE IV :
1. Donner la définition d’une molécule
2. Une molécule possède 6 atomes d’hydrogène, 2 atomes de carbone et un atome d’oxygène. Donner sa représentation de Lewis.
3. Comment se forme une liaison covalente ?
Les atomes d’hydrogène, de carbone et d'oxygène ont respectivement 1, 4 et 6 électrons externes.
4. L’atome d’hydrogène H forme une seule liaison covalente. A quelle règle obéit-il ?
5. L’atome de carbone C peut former 4 liaisons covalentes. A quelle règle obéit-il ? Donner les différentes possibilités d’obtenir 4 liaisons covalentes avec l’atome de carbone.
6. Donner la représentation de Lewis de l’eau.
7. Donner la représentation de Lewis de l’éthène (ou éthylène) de formule brute C2H4.

 

EXERCICE V :
On considère les molécules suivantes : méthane CH4 ; eau H2O. ; ammoniac NH3 ; chlorure d’hydrogène HCl
1. Représenter les formules de Lewis de ces molécules
2. Pour chacun des atomes suivants, indiquer le nombre de liaisons covalentes et le nombre de doublets non liants

Atomes

H

C

N

O

Cl

Nombres de liaisons

Nombre de doublets
non liants

3. Le diazote est le gaz majoritairement présent dans l’air, tandis que le dioxygène ne représente que 21 % en volume. Quelles sont les formules brutes et la représentation de Lewis de ces deux molécules ?
4. Quelle est une représentation de Lewis possible pour C2 H3ClO ?

 

SOLUTIONS

EXERCICE I
1. Formule électronique du sodium : K2L8M1 ; un seul électron de valence (périphérique).il a tendance à perdre cet électron pour devenir l’ion Na+.
2. Formule électronique du chlore : K2L8M7  Il a tendance à gagner un électron pour saturer sa derrière couche (avoir 8 électrons sur la dernière couche conformément à la règle de l’octet).

 Formule chimique de l’ion monoatomique issu du chlore : Cl-

3. Un atome est stable lorsque sa dernière couche est saturée à 2, 8…electrons.

Ainsi, Na+ veut se débarrasser de son unique électron externe pour avoir 8 électrons de valence. De même Cl- a besoin d’un électron pour saturer la sienne. Lorsqu’ils se trouve ensemble, il y a mise en commun des deux électrons célibataires pour créer une liaison covalente : Na-Cl

 

EXERCICE II :
1. Structures électroniques de Mg : K2L8M2

   Structures électroniques de Cl : K2L8M7
2. Charge des ions Mg : +2

    Charge des ions Cl : -1
3. Ces ions possèdent sur leurs couches externes : 2 pour Mg et 7 pour Cl

EXERCICE III :

1.    Formule électronique : K2L4 pour le carbone et K2L5 pour l’azote

 Représentation de Lewis :  pour le carbone et pour l’azote

           Valences :   4 pour le carbone et 3 pour l’azote.

 

 2. Formule développée du méthane

Formule développée du l’ammoniac.

 

H─N─H

     │

    H

 

1) 3.1. 

 a) Electronégatifs : I S°°      I O°°       

 b) Electropositifs : °Zn°    °Sr°      °Ba°

        

 3.2. S2- ; O2- ; Zn2+ ; Sr2+ ; Ba2+.