La naissance d’un ion

L'essentiel

Un ion, c'est un atome (ou un groupe d'atomes) qui n'a plus autant d'électrons que de protons : il en a gagné ou perdu. Attention : ce sont les électrons qui bougent, jamais les protons — le noyau ne change pas. S'il perd des électrons, il lui reste plus de charges + : c'est un cation (charge positive).

S'il gagne des électrons, il a plus de charges − : c'est un anion (charge négative). On note la charge en haut à droite : Na⁺, Cl⁻, Cu²⁺.

Comprendre

Un atome est électriquement neutre parce qu'il possède autant d'électrons (charges −) que de protons (charges +). Un ion se forme lorsque l'atome gagne ou perd un ou plusieurs électrons. Le point essentiel, c'est que seuls les électrons sont échangés : les protons et les neutrons du noyau ne bougent jamais.

Le noyau restant intact, l'atome reste le même élément chimique ; seule sa charge électrique change. Deux cas se présentent. Si l'atome perd des électrons, il lui reste alors plus de protons (+) que d'électrons (−) : il porte une charge positive, on l'appelle un cation.

S'il gagne des électrons, il possède plus d'électrons (−) que de protons (+) : il porte une charge négative, on l'appelle un anion. La charge de l'ion s'écrit en exposant, à droite du symbole, et son nombre correspond au nombre d'électrons échangés : le sodium qui perd 1 électron donne Na⁺ ; le chlore qui gagne 1 électron donne Cl⁻ ; le cuivre qui perd 2 électrons donne Cu²⁺. Il faut se méfier d'une erreur très répandue : un ion positif n'a PAS gagné de protons.

Les protons sont enfermés dans le noyau et ne participent pas à ces échanges. Un ion positif a perdu des électrons, c'est-à-dire des charges négatives, ce qui laisse un excès de charges positives. Enfin, un ion peut aussi être un groupe d'atomes liés qui, ensemble, ont gagné ou perdu des électrons : c'est un ion polyatomique (par exemple l'ion hydroxyde OH⁻), dont l'ensemble du groupe porte la charge.

Le cours

À l'état neutre, un atome contient autant d'électrons que de protons. Un ion est un atome, ou un groupe d'atomes, qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Lors de cette transformation, seuls les électrons sont échangés : le noyau, formé des protons et des neutrons, ne change pas.

C'est pourquoi l'ion reste le même élément que l'atome de départ ; seule sa charge électrique est modifiée. Lorsqu'un atome perd des électrons, il possède ensuite plus de protons que d'électrons : il porte une charge positive et s'appelle un cation. Lorsqu'un atome gagne des électrons, il possède plus d'électrons que de protons : il porte une charge négative et s'appelle un anion.

La charge s'écrit en exposant, juste après le symbole ; le nombre indiqué est le nombre d'électrons échangés. Ainsi le sodium, en perdant 1 électron, devient le cation Na⁺ ; le chlore, en gagnant 1 électron, devient l'anion Cl⁻ ; le cuivre, en perdant 2 électrons, devient le cation Cu²⁺. Une erreur fréquente consiste à croire qu'un ion positif a gagné des protons : c'est faux, car le nombre de protons ne varie jamais.

Un ion positif a perdu des électrons (des charges négatives), ce qui fait apparaître un excès de charge positive. Un ion peut aussi être un groupe d'atomes portant une charge d'ensemble (ion polyatomique), comme l'ion hydroxyde OH⁻. Comprendre qu'un ion résulte d'un échange d'électrons, et non de protons, est la clé pour reconnaître cations et anions.

Les erreurs fréquentes

Un ion positif est un atome qui a gagné des protons.

Faux : le nombre de protons ne change jamais (le noyau reste intact). Un ion positif (cation) est un atome qui a PERDU un ou plusieurs électrons ; il lui reste alors plus de protons (+) que d'électrons (−).

Gagner des électrons rend un atome positif.

Au contraire : les électrons portent une charge négative. Gagner des électrons rend l'ion négatif (anion) ; c'est en perdant des électrons qu'un atome devient positif (cation).

Tu maîtrises la notion si…

• Définir un ion comme un atome ou un groupe d'atomes ayant gagné ou perdu des électrons (jamais des protons).
• Distinguer un cation (a perdu des électrons → charge positive) d'un anion (a gagné des électrons → charge négative).
• Expliquer que le noyau ne change pas lors de la formation d'un ion, si bien que l'élément reste le même.

Vérifie que tu as compris

1. Un ion positif (cation) est un atome qui a…

   Réponse perdu un ou plusieurs électrons

   Un cation s'est formé en perdant des électrons (des charges −), ce qui laisse un excès de charges positives. Le noyau, lui, ne change jamais : un ion ne gagne pas de protons.

2. Un atome de chlore gagne 1 électron. Quel ion obtient-on ?

   Réponse Cl⁻

   En gagnant 1 électron (une charge −), l'atome de chlore devient un anion de charge −1, noté Cl⁻ (ion chlorure).

3. Un élève affirme : « l'ion Al³⁺ est positif parce que l'atome d'aluminium a gagné 3 protons ». Où est l'erreur ?

   Réponse L'aluminium a PERDU 3 électrons ; il n'a pas gagné de protons (le noyau ne change jamais)

   Le noyau ne change jamais : un ion ne gagne pas de protons. La charge +3 de Al³⁺ vient de la perte de 3 électrons (des charges −), ce qui laisse un excès de 3 charges positives.