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Solide ionique : tout savoir de A à Z !

Par Yann le 20/11/2017 Ressources > Physique-Chimie > Première S > Structure de la matière > Les Solides Ioniques

Qu’est-ce qu’un solide ionique ?

Qu’est ce qu’un ion ?

On distingue deux types d’ions : les cations et les anions :

  1. Les cations : les cations sont des atomes qui ont perdu un ou plusieurs électrons et qui ont donc une (ou plusieurs) charge(s) positive(s). L’atome de sodium, par exemple, peut devenir un cation Na+ en perdant un électron. Le sodium, de numéro atomique (Z=11), a tendance à perdre un électron pour obtenir une couche électronique saturée et se rapprocher ainsi de la configuration du gaz rare le plus proche. (le néon)
  2. Les anions : les anions sont des atomes qui ont gagné un ou plusieurs  électrons et qui ont donc une (ou plusieurs) charge(s) négatives(s). L’atome de chlore, par exemple, peut devenir un cation Cl- en gagnant un électron. Le chlore, de numéro atomique (Z=17), a tendance à gagner un électron pour obtenir une couche électronique saturée et se rapprocher ainsi de la configuration du gaz rare le plus proche (le néon).

Attention ! Il ne faut pas confondre cation et cathode. Les cations sont chargés positivement, alors que la cathode désigne l’électrode de sortie des électrons (cf cours électricité), la cathode est donc négative.

Quelques ions à connaitre

Certains cations et certains anions se retrouvent souvent dans les réactions chimiques. Il faut donc les connaître pour bien appréhender et comprendre les potentielles réactivités.

  • Le sodium, dont le numéro atomique est 11, peut perdre un électron pour ressembler au néon.
  • Le calcium, dont le numéro atomique est 20, peut perdre deux électrons pour ressembler à l’argon
  • Le potassium, dont le numéro atomique est 19, peut perdre un électron pour ressembler à l’argon
  • Le chlore, dont le numéro atomique est 17 peut gagner un électron pour ressembler à l’argon.
  • Le fluor dont le numéro atomique est 9, peut gagner un électron pour ressembler au néon.
  • L’oxygène dont le numéro atomique est 8 peut gagner deux électrons pour ressembler au néon.

Définition du solide ionique

Un solide ionique est un solide composé d’ions. Le solide ionique appelé aussi cristal ionique est un assemblage ordonné d’anion et de cation. Etant donné qu’un tel solide est toujours électriquement neutre, il associe toujours des cations et des anions dont les charges se compensent.

Formule chimique d’un solide ionique

La formule chimique d’un solide ionique exprime les proportions de cations et d’anions qu’il contient. Cette proportion respecte toujours la neutralité électrique globale.

Quand on nomme un solide ionique, on doit respecter une règle : on donne toujours le nom de l’anion en premier.

Ainsi on ne nomme pas l’entité sodium de chlorure, mais chlorure de sodium.

Etude du chlorure de sodium

Le chlorure de sodium est une molécule connue de tous puisqu’il s’agit tout simplement du sel de table.

Le sel de table n’a pas exactement la même composition que le sel de mer.

En effet, le sel de table est un sel raffiné contenant plus de 95% de cristaux de chlorure de sodium et parfois un peu d’iode ou de fluor et des agents anti-agglomérants ou des conservateurs. Le sel de table est donc un produit cristallin qui peut avoir différentes origines.

Le sel est-il mauvais pour la santé ? Selon la réglementation, il faut pas moins de 97% de chlorure de sodium dans l’extrait sec pour être qualifié de sel de table et pas moins de 94% de l’extrait sec pour le sel marin gris.

Le chlore est un atome possédant un numéro atomique de 17. Sa formule électronique K(2)L(8)M(7) nous renseigne sur le fait que le chlore , peut en gagnant un électron, se retrouver dans la configuration du gaz rare le plus proche, le néon.

Le sodium est un atome possédant un numéro atomique de 11. Sa formule électronique K(2)L(8)M(1) nous renseigne sur le fait que le sodium peut, en perdant un électron, se retrouver dans la configuration du gaz rare le plus proche, le néon.

Le chlorure du sodium est un solide ionique qui provient de l’association d’un cation sodium avec un anion chlorure. On note sa formule NaCl. La formule NaCl indique que le chlorure de sodium comporte autant d’ions sodium que d’ions chlorure. En effet chaque ion ne porte qu’une charge, une charge positive pour Na+ et une négative pour Cl. L’assemblage des ions se fait sous forme d’une maille cubique.

Quels sont les effets du sodium sur l'environnement ? Organisation en maille du composé chimique NaCl.

Les petites sphères représentent les atomes de sodium et les grandes sphères représentent les atomes de chlore. Les atomes sont parfaitement ordonnés au sein de la maille cubique. 

Etude du chlorure de calcium

Le chlorure de calcium est un sel de calcium utilisé notamment pour le traitement hivernal des chaussées l’hiver.

Le chlore est un atome possédant un numéro atomique de 17. Sa formule électronique K(2)L(8)M(7) nous renseigne sur le fait que le chlore, peut en gagnant un électron, se retrouver dans la configuration du gaz rare le plus proche, le néon.

Le calcium est un atome possédant un numéro atomique de 20. Sa formule électronique K(2)L(8)M(8)N(2) nous renseigne sur le fait que le sodium peut, en perdant deux électrons, se retrouver dans la configuration du gaz rare le plus proche, l’argon.

La formule CaCl2 indique que le chlorure de calcium comporte deux fois plus d’ions chlorure que d’ions calcium. En effet, l’ion calcium Ca2+ porte deux charges positives qui doivent être compensées, deux charges négatives portées par deux ions chlorure Cl.

L’assemblage du calcium et du chlore génère une structure où on trouve deux fois plus d’atomes de chlore que de calcium.

Il existe de nombreux composés ioniques en chimie. Parmi eux, on peut citer par exemple :

  • Le nitrate d’argent AgNO: qui est composé d’un cation Ag+ et d’un anion NO3.
  • Le bromure de potassium KBr : constitué d’un cation K+ et d’un anion Br-
  • Le chlorure de baryum BaCl2 : constitué d’un cation Ba2+ et d’un anion Cl-
  • L’acide chlorydrique HCl : constitué d’un cation H+ et d’un anion Cl-
Na+Ion sodiumCation
Ag+Ion argentCation
Ca2+Ion calciumCation
K+Ion potassiumCation
Cl-Ion chlorureAnion
Br-Ion bromureAnion
I-Ion iodureAnion
S2-Ion sulfureAnion

Les ions et la force électrostatique

Notion d’électronégativité

L’électronégativité d’un élément est la force d’attraction que cet élément exerce sur les électrons d’une liaison. Plus un atome est placé à droite et en haut du tableau périodique est plus il est électronégatif. Ainsi, si on prend le tableau de la classification périodique, l’électronégativité augmente de gauche à droite quand on se place au niveau des périodes et augmente de bas en haut quand on se place au niveau des colonnes. Le fluor est donc un élément très électronégatif.  Quand la différence d’électronégativité entre deux atomes est très forte, l’élément le plus électronégatif peut arracher un électron à l’élément le moins électronégatif.

Force électrostatique

Les atomes peuvent s’associer entre eux pour former des molécules en mettant en commun leurs électrons. C’est ce qui se passe dans la liaison covalente simple. Dans la liaison ionique, la liaison est aussi forte mais elle est créée différemment. Dans la liaison ionique, un atome cède un électron, un autre le reçoit.

Les charges électriques exercent entre elles des forces dites électrostatiques. Ces forces sont attractives pour des charges de signes différents et elles sont répulsives pour des charges de même signe. Leur intensité peut  être calculée en utilisant la loi de Coulomb.

Qu’est ce que la loi de Coulomb ?

La loi de Coulomb doit son nom au physicien français Charles Augustin Coulomb qui l’énonca à la fin du XVIIIème siècle. Il s’agit d’une loi qui exprime la force de l’interaction électrostatique entre deux particules chargées électriquement. Cette loi est à la base de l’électrostatique.

Si deux objets sont séparés par une distance quelconque et portent des charges, alors ces objets exercent l’un sur l’autre une force attractive (si les deux objets sont chargés différemment) ou répulsive (si les deux objets sont chargés du même signe), dirigée suivant la droite qui joint les deux objets chargés. L’intensité de la force électrostatique des deux charges varie proportionnellement au produit de leurs charges et à l’inverse du carré de la distance qui les séparent.

Quelle est la conséquence de ces forces électrostatiques sur les structures ioniques ?

Cela signifie que dans un solide ionique la force électrostatique provoque une attraction entre les cations et les anions mais que les cations se repoussent entre eux tout comme les anions.

Les ions sont donc disposés de manière à ce que les cations soient principalement entourés d’anions et que les anions soient principalement entourés de cations.

Les ions sont donc disposés de manière à ce que les cations soient principalement entourés d’anions et que les cations soient principalement entourés de cations.

Ions dans un solide ionique
Exemple de répartition des ions dans solide ionique

La force électrostatique maintient donc ensemble les cations et les anion d’un solide ionique et assure sa cohérence.

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