Ion - Définition

Introduction

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.

Classification des ions

Les ions sont caractérisés par :

• La nature de leur charge :
  • Cations : Ions chargés positivement
  • Anions : Ions chargés négativement
  • Zwitterions : Ions possédant en même temps des charges positives et négatives : Acides aminés...
• Le nombre d'atomes qui les composent :
  • Monoatomiques : Ions constitués d’un seul atome
  • Polyatomiques : Ions constitués de plusieurs atomes.
• Leur dépendance du pH :
  • Ions forts : Complètement dissociés quel que soit le pH :
    • Anions : Sulfonate, Sulfate, halogénures…
    • Cations : Ammonium quaternaire, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ …
  • Ions faibles : Dissociation partielle dépendante du pH :
    • Anions : Carboxylate...
    • Cations : Ammoniums tertiaire, secondaire et primaire...

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⁺, Pb²⁺
  • Ferreux : Fe²⁺
  • Ferrique : Fe³⁺...

• 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^2-, phosphate, phosphonates, chlorate, bromate, iodate, acétate, tosylate, triflate, carboxylates, carbonate, bicarbonate
  • Perchlorate...

Solides ioniques

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).

Histoire

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).