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Les différentes formes d'un élément chimique

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Objectifs :

Les éléments chimiques existent à l’état atomique sous plusieurs formes différentes. Ils peuvent également se trouver à l’état ionique.
Pourquoi et comment certaines espèces s'ionisent-elles ?

1. Les ions monoatomiques : cation et anion

a. Définition

Un atome a tendance à perdre ou gagner des électrons pour adopter la configuration la plus adaptée :

• un atome qui a gagné un ou plusieurs électrons sur sa couche externe est un ion monoatomique chargé négativement appelé anion.
• un atome qui a perdu un ou plusieurs électrons est un ion monoatomique chargé positivement appelé cation.

Le nombre d'électrons perdu(s) ou gagné(s) constitue la charge de l’ion.

b. Tests caractéristiques d'identification des quelques ions

• Les ions chlorures : Cl^– sont identifiés grâce au nitrate d’argent (AgNO₃). Un précipité blanc de chlorure d’argent AgCl apparaît. Ce précipité noircit à la lumière.

• Les cations métalliques : Fe³⁺, Fe²⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ sont identifiés grâce à la soude (NaOH). On obtient alors un précipité caractéristique de l’ion :

Fe³⁺_(aq) + HO^-_(aq) → Fe(OH)₃_(s)	précipité orange
Fe²⁺_(aq) + HO^-_(aq) → Fe(OH)₂_(s)	précipité vert
Al³⁺_(aq) + HO^-_(aq) → Al(OH)₃_(s)	précipité blanc qui se dissout à nouveau par excès de soude
Zn²⁺_(aq) + HO^-_(aq) → Zn(OH)^₂_(s)	précipité blanc
Cu²⁺_(aq) + HO^-_(aq) → Cu(OH)₂_(s)	précipité bleu

2. Les isotopes

Des noyaux possédant le même nombre de protons (numéro atomique Z identique) mais un nombre de neutrons différents (nombre de masse A différent) et issus du même élément chimique sont des noyaux isotopes.

Un même élément chimique c'est-à-dire de même symbole, possède plusieurs formes isotopiques : Exemple :

Élément hydrogène	Isotopes
Élément hydrogène	Abondances sur Terre en %	99,98	0,02	traces
Élément carbone	Isotopes
Élément carbone	Abondances sur Terre en %	99,76	0,04	0,2
Élément uranium	Isotopes
Élément uranium	Abondances sur Terre en %	99,29	0,71	traces

Dans la classification périodique, l’isotope choisi pour représenter l’élément chimique est celui de l’isotope le plus abondant dans la nature.

Exemples :
Pour l’élément hydrogène, c’est

Pour l’élément carbone, c’est

Les isotopes possèdent les mêmes propriétés chimiques, car leur structure électronique est identique, mais des propriétés physiques (température de fusion, d’ébullition, etc...) et nucléaires (radioactivité) différentes.

L'essentiel

Un même élément chimique à l’état naturel, peut prendre la forme de noyaux différents appelés noyaux isotopes : Ils ont le même nombre de protons Z mais un nombre de neutrons différents. Ceci constitue les formes isotopiques d’un même élément chimique.

Ils peuvent aussi évoluer vers des formes ioniques :
– cationiques (s’ils perdent un ou plusieurs électrons) : ils sont chargés positivement.
– anioniques (s’ils gagnent un ou plusieurs électrons) : ils sont chargés négativement.

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