Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui va ».
La valeur de cette charge est indiquée en exposant à la fin de la formule chimique de l'ion, en multiple de la charge électrique élémentaire e.
Les ions sont caractérisés par :
D'où la classification suivante des ions :
Cations monoatomiques : Ce sont des ions métalliques. Pour un même élément, les suffixes "eux" et "ique" sont utilisés. Le suffixe "ique" indique l'ion qui a la charge la plus élevée :
Na, Pb
Ferreux : Fe
Ferrique : Fe...
Cations polyatomiques : Ce sont des ions non-métalliques. Ils sont généralement des sels d’onium obtenus par alkylation d’hétéroatomes :
Ammoniums, pyridinium, phosphoniums, sulfoniums...
Anions monoatomiques : Ils sont généralement obtenus par déprotonation d'hydracides :
Halogénures (fluorure, chlorure, bromure, iodure), sulfure, séléniure, nitrure, carbure...
Anions polyatomiques : Ils sont généralement obtenus par déprotonation d'oxacides. Pour les oxacides, les préfixes "hypo" et "per" et les suffixes "eux" et "ique" sont utilisés. Le préfixe 'hypo" et le suffixe "eux" indiquent les ions qui ont le nombre d'oxygène le plus faible. Les oxacides en "eux" deviennent des ions "ite" et les oxacides en "ique" deviennent des ions "ate" :
Hypochlorite
Nitrite, phosphorite, chlorite, bromite
Nitrate NO, sulfonate, sulfate SO, phosphate, phosphonates, chlorate, bromate, iodate, acétate, tosylate, triflate, carboxylates, carbonate, bicarbonate
Perchlorate...
Le nom « ion » a été donné, vers 1830, par Michael Faraday, aux espèces chimiques responsables de la conductivité électrique des liquides. Il fallut attendre 1885 pour que le suédois Svante August Arrhenius propose une explication du mécanisme de conduction, pour lequel il sera récompensé par le prix Nobel de chimie en 1903.
Des faisceaux d’ions de haute énergie sont utilisés en physique atomique, physique nucléaire et physique des particules (voir accélérateur de particules). Des faisceaux de basse énergie sont utilisés dans l'analyse des surfaces (voir SIMS).
Ces solides sont constitués d'un empilement alterné de cations et d'anions reliés par des liaisons dites « 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'ions 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).
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. Une solution ionique est électriquement neutre.
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 | SO | Mg | Ca | HCO | Br | CO | Sr | F |
| mg·L | 19 000 | 11 000 | 2 700 | 1 300 | 420 | 110 | 73 | 15 | 8,1 | 1,3 |
La quantité de matière d'une espèce d'ions dans un volume de solution est appelé concentration molaire de cette espèce d'ions. Si S est la solution et X l'espèce d'ions, la concentration molaire est donnée par la relation :
d'où
Cependant, dans le langage courant, on utilise d'avantage la concentration massique, donnée par la relation :
Dans certains corps moléculaires, certains atomes attirent plus les électrons de liaisons que d'autres. On dit alors 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.
Tout composé chimique étant électriquement neutre, s’il contient des ions, il contient alors nécessairement à la fois des cations et des anions, dans des proportions telles que la charge positive des cations compense exactement la charge négative des anions. Cette propriété est valable pour les solides comme pour les solutions ioniques.
Exemple : le chlorure de calcium solide est constitué d'ions calcium Ca et d'ions chlorure Cl. La charge d'un ion calcium vaut +2e (2 charges élémentaires, tandis que celle d'un ion chlorure vaut -e ; pour que l'ensemble soit neutre, les proportions des ions sont donc de 2 ions chlorure pour 1 ion calcium. La formule ionique de ce sel est donc (Ca, 2 Cl), sa formule statistique CaCl2.
Les appareils générateur d'ions négatifs ont pour nom : « ioniseurs ». Ils sont commercialisés en magasin ou sur Internet pour la majorité, sous prétexte que les « ions négatifs » permettraient « d'assainir l'air ambiant ». Il faut employer le mot ioniseur et non ionisateur. Vendu jusqu'à 750 euros pour les plus gros, le prix n'a que peu de rapport avec l'efficacité ou l'utilité du produit. En France et aux États-Unis, certains appareils furent à plusieurs reprises interdits de publicité car mensongère et non fondée sur des recherches ou études scientifiques sérieuses. Au début les ioniseurs étaient mal vu car ils pouvaient générer de l'ozone, mais depuis plusieurs années les fabricants proposent des ioniseurs de plus en plus performants et avec une génération faible d'ozone. Pour autant aucun effet positif sur la santé humaine n'a pu être scientifiquement établi.