Atomes, molécules, ions

Trois briques fondamentales pour décrire l'organisation microscopique de la matière.

1 L'idée

Toute la matière — eau, air, métaux, plastiques — est formée de minuscules entités appelées atomes (taille : environ $10^{-10}$ m). Ces atomes peuvent s'assembler pour former des molécules, ou perdre et gagner des électrons pour devenir des ions. Ces trois notions décrivent l'architecture de la matière à l'échelle microscopique.

2 Atomes, molécules et ions

Un atome est constitué d'un noyau central (protons de charge $+$ et neutrons sans charge) entouré d'électrons de charge $-$. Il est électriquement neutre : le nombre de protons est toujours égal au nombre d'électrons. Exemple : l'atome d'oxygène possède $8$ protons et $8$ électrons.

Une molécule est un assemblage d'au moins deux atomes liés chimiquement. Sa formule chimique indique la nature et le nombre de chaque atome. Exemple : $\mathrm{H_2O}$ contient $2$ atomes d'hydrogène $\mathrm{H}$ et $1$ atome d'oxygène $\mathrm{O}$.

Un ion est un atome (ou groupe d'atomes) ayant perdu ou gagné des électrons : il est donc chargé électriquement. Un ion de charge positive est un cation ($\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{Ca^{2+}}$) ; un ion de charge négative est un anion ($\mathrm{Cl^-}$, $\mathrm{O^{2-}}$).

3 Règles fondamentales

Atome neutre

$\text{nb protons} = \text{nb électrons}$

Charge d'un ion

$\text{charge} = \text{nb protons} - \text{nb électrons}$

Cation (ion +)

$\text{perd des } e^{-} \Rightarrow \text{charge} \gt 0$

Anion (ion −)

$\text{gagne des } e^{-} \Rightarrow \text{charge} \lt 0$

4 Exemples

Lire la formule $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$ (glucose)

$6$ atomes de carbone $\mathrm{C}$, $12$ atomes d'hydrogène $\mathrm{H}$, $6$ atomes d'oxygène $\mathrm{O}$.

Nombre total d'atomes : $6 + 12 + 6 = 24$.

Formation de l'ion chlorure $\mathrm{Cl^-}$

Atome de chlore : $17$ protons, $17$ électrons — neutre.

Il gagne $1$ électron : $17$ protons, $18$ électrons.

Charge $= 17 - 18 = -1$ : c'est l'anion $\mathrm{Cl^-}$.

Méthode — lire une formule chimique

Repérer les symboles des éléments (majuscule seule ou majuscule suivie d'une minuscule).
Lire l'indice en bas à droite de chaque symbole : c'est le nombre d'atomes de cet élément.
Pas d'indice = $1$ atome de cet élément.
Additionner tous les indices pour obtenir le nombre total d'atomes de la molécule.

Erreurs fréquentes

Un atome n'est pas un ion : l'atome est neutre, l'ion est chargé.
Les neutrons n'ont aucune charge : ils ne contribuent ni à la neutralité de l'atome ni à la charge de l'ion.
Un indice ne porte que sur l'élément juste à sa gauche : dans $\mathrm{H_2O}$, le $2$ concerne uniquement $\mathrm{H}$, pas $\mathrm{O}$.
Un ion ne perd ou ne gagne que des électrons, jamais des protons : le noyau ne change pas.