Ions monoatomiques

Un atome qui gagne ou perd des électrons devient un ion — chargé, mais toujours reconnaissable à son symbole.

1 L'idée

Un atome est électriquement neutre : il possède autant de protons (charge $+$) que d'électrons (charge $-$). Son numéro atomique $Z$ indique son nombre de protons.

Lorsqu'un atome gagne ou perd des électrons, il devient un ion monoatomique : une particule chargée formée d'un seul atome. On note $n_e$ le nombre d'électrons de l'ion.

L'atome perd des électrons : moins d'électrons que de protons → cation (charge positive).
L'atome gagne des électrons : plus d'électrons que de protons → anion (charge négative).

La règle de l'octet explique pourquoi : un atome échange des électrons pour atteindre 8 électrons sur sa couche externe (ou 2 pour la couche K : règle du duet), configuration stable des gaz nobles.

2 Notation et charge

Charge de l'ion

$\text{charge} = Z - n_e$

Cation

$\text{X}^{n+} \quad \text{avec } Z \gt n_e$

Anion

$\text{X}^{n-} \quad \text{avec } Z \lt n_e$

3 Formation des ions courants

Ion sodium $\text{Na}^+$

Na : $Z = 11$, structure électronique $2{,}8{,}1$.

Il perd $1$ électron pour atteindre la structure stable $2{,}8$ (règle de l'octet).

$n_e = 11 - 1 = 10$ électrons. Charge : $11 - 10 = +1$. Notation : $\text{Na}^+$.

Ion chlorure $\text{Cl}^-$

Cl : $Z = 17$, structure $2{,}8{,}7$.

Il gagne $1$ électron pour atteindre $2{,}8{,}8$ (règle de l'octet).

$n_e = 17 + 1 = 18$ électrons. Charge : $17 - 18 = -1$. Notation : $\text{Cl}^-$.

Ion calcium $\text{Ca}^{2+}$

Ca : $Z = 20$, structure $2{,}8{,}8{,}2$.

Il perd $2$ électrons pour atteindre $2{,}8{,}8$ (règle de l'octet).

$n_e = 20 - 2 = 18$ électrons. Charge : $20 - 18 = +2$. Notation : $\text{Ca}^{2+}$.

Méthode — écrire la notation d'un ion

Identifier $Z$ (numéro atomique = nombre de protons) et la structure électronique de l'atome.
Appliquer la règle de l'octet (ou du duet) : compter combien d'électrons sont gagnés ou perdus pour compléter la couche externe.
Calculer $n_e$ : $n_e = Z - (\text{électrons perdus})$ ou $n_e = Z + (\text{électrons gagnés})$.
Calculer la charge : $\text{charge} = Z - n_e$.
Écrire la notation : symbole + charge en exposant. Pour $\pm 1$ on écrit $+$ ou $-$ sans le chiffre 1. Exemples : $\text{Na}^+$, $\text{Cl}^-$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{Al}^{3+}$.

Erreurs fréquentes

Écrire $\text{Na}^{1+}$ au lieu de $\text{Na}^+$ : on n'écrit jamais le chiffre 1 dans la notation.
Confondre le sens : perte d'électrons → cation (charge positive) ; gain d'électrons → anion (charge négative).
Croire que $Z$ change lors de la formation d'un ion : seuls les électrons sont échangés, les protons restent.
Inverser chiffre et signe en exposant : on écrit $2+$ et non $+2$.