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La formation des ions monoatomiques

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Objectifs

Connaitre le lien entre stabilité chimique et configuration électronique d’un gaz noble.
Déterminer la charge électrique d’ions monoatomiques courants à partir du tableau périodique.
Nommer les ions et écrire leur formule à partir de leur nom.

Points clés

Les éléments de la dernière colonne du tableau périodique forment la famille des gaz nobles.
Les gaz nobles sont des éléments très stables car ils ont leur dernière couche électronique saturée.
Au cours des réactions chimiques, les atomes cherchent à acquérir la structure électronique du gaz noble le plus proche, en perdant ou en gagnant des électrons.

Pour bien comprendre

Les ions monoatomiques
La configuration électronique d’un atome
L’écriture conventionnelle d’un noyau
Le tableau périodique et les familles chimiques

1. Les gaz nobles

Les gaz nobles forment la famille chimique de la dernière colonne du tableau périodique.
Ils ont la particularité d’être très stables, c’est-à-dire qu’ils ne participent à aucune réaction chimique et qu’ils ne forment pas d’ions ou de molécules.

Ils existent principalement sous forme le gaz monoatomique.

La stabilité des gaz nobles est due au fait qu’ils ont leur couche de valence saturée (2 électrons pour l’hélium et 8 pour les autres gaz nobles).

Exemple
Configuration électronique de 3 gaz nobles :

Hélium He : 1s²
Néon Ne : 1s² 2s² 2p⁶
Argon Ar : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

2. La formation des ions monoatomiques

Au cours d’une réaction chimique, un atome tend à gagner en stabilité et va donc saturer (remplir) sa dernière couche électronique, sa couche de valence.

Au cours des réactions chimiques, les atomes cherchent à acquérir la structure électronique du gaz noble le plus proche.

L’atome va pour cela perdre ou gagner des électrons de façon à saturer sa couche de valence.

Un atome X qui perd n électrons devient chargé + (plus, positif).
Le cation (ion de charge positive) qui correspond se note Xⁿ⁺.
Un atome X qui gagne n électrons devient chargé –.
L’anion (ion de charge négative) qui correspond se note Xⁿ⁻.

Voici la méthode pour déterminer l’ion monoatomique qu’un atome peut former.

Méthode

Identifier entre quels gaz nobles se trouve l’atome en termes de numéro atomique.
L’atome va acquérir la structure électronique du gaz noble le plus proche en termes de numéro atomique.
- S’il doit gagner un ou plusieurs électrons, l’atome va devenir un anion, chargé négativement.
- S’il doit perdre un ou plusieurs électrons, l’atome va devenir un cation, chargé positivement.

Tableau périodique simplifié

Exemple 1 : Quel ion peut former l’atome de chlore ?
L’atome de chlore Cl a pour numéro atomique Z = 17.

Le numéro atomique du chlore est compris entre celui du gaz noble néon Ne (Z = 10) et celui du gaz noble argon Ar (Z = 18). Le numéro atomique du chlore est plus proche du numéro atomique de l’argon.

Pour acquérir la structure électronique de l’argon, le chlore doit donc gagner 1 électron.
L’atome de chlore ne sera plus électriquement neutre, mais chargé (1−).

L’atome de chlore devient alors l’ion chlorure Cl⁻ (un anion).

Exemple 2 : Quel ion peut former l’atome de magnésium ?
L’atome de magnésium Mg a pour numéro atomique Z = 12.

Le numéro atomique du magnésium est compris celui du gaz noble néon Ne (Z = 10) et celui du gaz noble argon Ar (Z = 18). Le numéro atomique du magnésium est plus proche du numéro atomique du néon.

Pour acquérir la structure électronique du néon, le magnésium doit donc perdre 2 électrons.
L’atome de magnésium ne sera plus électriquement neutre, mais chargé (2+).

L’atome de magnésium devient alors l’ion magnésium Mg²⁺(un cation).

Remarque
L’atome d’hydrogène H est un cas particulier qui n’obéit pas à cette règle : il forme l’ion hydrogène H⁺.

3. Les principaux ions à connaitre

Le tableau ci-dessous donne quelques ions monoatomiques dont la formule et le nom sont à connaitre.

Atome	Gaz noble le plus proche	Nombre d’électrons gagnés ou perdus par l’atome pour acquérir la structure du gaz noble le plus proche	Ion obtenu
Sodium Na Z = 11	Néon Ne Z = 10	1 électron à perdre	Ion sodium Na⁺
Potassium K Z = 19	Argon Ar Z = 18	1 électron à perdre	Ion potassium K⁺
Calcium Ca Z = 20	Argon Ar Z = 18	2 électrons à perdre	Ion calcium Ca²⁺
Magnésium Mg Z = 12	Néon Ne Z = 10	2 électrons à perdre	Ion magnésium Mg²⁺
Chlore Cl Z = 17	Argon Ar Z = 18	1 électron à gagner	Ion chlorure Cl⁻
Fluor F Z = 9	Néon Ne Z = 10	1 électron à gagner	Ion fluorure F⁻

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