Les ions et les solutions ioniques.

I- Qu'est-ce qu'un ion ?

1-Expériences:

Expérience n°1 : On réalise l'expérience ci-dessous:

soit

On observe et on relève (tableau ci-dessous) pour plusieurs solutions l'éclat de la lampe et la valeur de l'intensité du courant électrique circulant alors dans le circuit :

Solution étudiée Eclat de la lampe Intensité du courant (mA)
eau sucrée

(solution moléculaire)

La lampe ne brille pas. 0,5 mA
eau salée

(solution ionique)

La lampe brille fortement. 95,2 mA
eau distillée

(solution moléculaire)

La lampe ne brille pas. 0,8 mA.
solution aqueuse de sulfate de cuivre

(solution ionique)

La lampe brille moyennement. 68,6 mA

Conclusion: Seules les solutions ioniques laissent passer le courant électrique.

En effet, les solutions ioniques contiennent des porteurs de charge électrique susceptibles de se déplacer pour créer un courant électrique: les ions.

Un ion est une particule électriquement chargée positive (cation) ou négative (anion).

Expérience n°2 : On réalise l'expérience schématisée ci-dessous:

On observe avant de mettre le générateur sous tension :

Puis on allume le générateur, on attend quelques instants et on observe :

Les ions négatifs de couleur orange se sont déplacés vers la borne positive du générateur (dans le sens opposé au sens conventionnel du courant);

Les ions positifs de couleur bleue se sont déplacés vers la bornes négative du générateur (dans le sens conventionnel du courant).

Conclusion: Dans une solution ionique parcourue par un courant :

-les ions positifs se déplacent dans le sens conventionnel du courant;

-les ions négatifs se déplacent dans le sens opposé au sens conventionnel du courant.

Voir une autre expérience de migration des ions.

2-Où trouve-t-on des ions ?

-Dans certaines solutions (les solutions ioniques):

l'eau salée, l'eau minérale, ...

Etudions l'étiquette de bouteille d'eau de source ci-dessous: 

Sur cette étiquette on retrouve le tableau de composition moyenne de cette eau de source :

Ce tableau nous donne la concentration massique (en g/L) des divers ions présents dans cette eau.

Ici, on peut lire que cette eau contient les ions positifs et négatifs suivants :

ions positifs (cations) ions négatifs (anions)
 

ions calcium Ca2+

 

ions chlorure Cl-
 

ions magnésium Mg2+

 

ions nitrate NO3-
 

ions sodium Na+

 

ions sulfate SO42-
 

ions potassium K+

 

ions bicarbonate HCO3-

Ces ions proviennent de la dissolution de sels minéraux dans l'eau.

En effet, on trouve des ions également dans certains solides (cristaux ioniques):

-le sel (chlorure de sodium) contient des ions sodium Na+ et des ions chlorures Cl- :

cristal de sel © Robert in Space

Un cristal de sel.

-un cristal de sulfate de cuivre contient les ions cuivre Cu2+  et le ions sulfate SO42- :

Cristaux de sulfate de cuivre.

3-Comment se forment les ions ?

De manière générale, un ion provient d'un atome ou d'un groupement d'atomes ayant gagné ou perdu un ou des électron(s).

a-Cas des ions positifs (cations):

Les ions positifs (cations) proviennent d'un atome ou d'un groupement d'atomes qui a perdu un ou plusieurs électron(s).

Ainsi, l'ion sodium Na+ provient d'un atome de sodium (symbole Na) qui a perdu un électron :

L'ion sodium a un défaut d'un électron par rapport à l'atome de sodium.

 

b-Cas des ions négatifs (anions):

Les ions négatifs (anions) proviennent d'un atome ou d'un groupement d'atomes qui a gagné un ou plusieurs électron(s).

Ainsi, l'ion fluorure F- provient d'un atome de fluor (symbole F) qui a gagné un électron :

L'ion fluorure a un excès d'un électron par rapport à l'atome de fluor.

 

Voici une animation (d'après http://phys.free.fr )

Faire des exercices sur les ions et leur formation: ici et là

II- Les solutions ioniques:

1-formule de composition des solutions ioniques:

Comme vous le savez déjà, les solutions qui contiennent des ions sont appelées solutions ioniques.

Ces solutions, qui contiennent toujours des ions positifs et négatifs, sont comme toute la matière globalement électriquement neutres.

Ainsi, dans une solution ionique, les charges positives portées par les cations sont compensées par les charges négatives portées par les anions. 

Cette neutralité électrique (qui est toujours vérifiée) impose donc que les cations et anions coexistent dans des proportions bien définies:

Dans une solution de chlorure de sodium (eau salée), on retrouve:

- les anions chlorure (Cl- ) porteurs chacun d'une charge élémentaire négative (1(-));

- les cations sodium ( Na+ ) porteurs chacun d'une charge élémentaire positive (1 (+));

La formule de composition de cette solution ionique est: ( Na+ +Cl- ) l'ensemble est neutre.

 

Par contre, dans une solution d'acide sulfurique, on retrouve :

 les anions sulfate (SO42- ) porteurs chacun deux charges élémentaires négatives (2 x 1(-));

- les cations hydrogène (H+ ) porteurs chacun d'une charge élémentaire positive (1 (+));

La formule de composition de cette solution ionique est: ( 2H+ + SO42- ) l'ensemble est neutre. 

 

Faire un exercice sur les formules de composition de solution ioniques.

 

2-Reconnaître des ions en solutions: Tests d'identification de quelques ions.

a-Les ions métalliques:

Pour mettre en évidence la présence d'ions métalliques dans une solution, on utilise comme réactif de la soude (solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (Na+  + HO- ) .

En présence d'ions métalliques, il se forme alors un  précipité dépendant  de la nature de l'ion métallique présent en solution.

Voir cet ensemble de pages: tests des ions métalliques.

 

b-Les ions chlorure (Cl- ) :

Pour mettre en évidence la présence d'ions Chlorure (Cl- ) dans une solution, on utilise comme réactif du nitrate d'argent.

En présence d'ions chlorure, il se forme alors un  précipité banc noircissant à la lumière.

Voir cet  pages: test des ions chlorure.

 

c-Les ions hydrogène (H+ ) :

Les ions hydrogène sont responsables de l'acidité : pour les mettre en évidence dans une solution, on mesure le pH de cette solution.

Si le pH est compris entre 0 et 7 , la solution est acide et contient des ions hydrogène (H+ )

(Plus le pH est proche de 0, plus la solution est concentrée en ions hydrogène (H+ ) : Attention danger !)

 

d-Les ions hydroxyde  (HO- ) :

Les ions hydroxyde sont responsables de l'alcalinité (basicité) : pour les mettre en évidence dans une solution, on mesure le pH de cette solution.

Si le pH est compris entre 7 et 14, la solution est basique (alcaline) et contient des ions hydroxyde (HO- )

(Plus le pH est proche de 14, plus la solution est concentrée en ions hydroxyde (HO- ) : Attention danger !)

 

mise à jour le 10/10/2004

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