De l'atome à l'ion, répartition des charges électriques
On rappelle la valeur de la charge électrique élémentaire e :
Cette charge est considérée comme indivisible. Tous les transferts de charges mettent donc en jeux des nombres entiers de fois e.
On a vu que e est égale à la charge d'un proton et à l'opposé de la charge de l'électron.
Répartition des charges électriques dans l'atome
À notre échelle, la matière ordinaire qui nous entoure est globalement électriquement neutre.
L'atome, en tant que composant de la matière, est lui aussi électriquement neutre bien qu'il contienne des charges électriques de différentes natures.
Nous avons vu précédemment que dans un atome, les charges positives et négatives occupent des zones bien distinctes :
Les charges positives sont cantonnées dans le noyau.
Les charges négatives sont dans le nuage électronique.
Ainsi, pour un atome noté \(_Z ^A X\), contenant donc Z protons et Z électrons, la charge totale de son noyau vaut \(Q_{noyau}=Z \times \mathbf{e}\) et la charge totale de son nuage électronique vaut \(Q_{nuage}=Z \times \mathbf {-\ e}\).
On a bien \(\mathbf {Q_{noyau}+Q_{nuage}=0}\), l'atome est électriquement neutre.
Atomes et ions monoatomiques
Comment passe-t-on de l'atome électriquement neutre à l'ion chargé électriquement ?
Dans un ion[1] monoatomique, l'équilibre des charges entre le noyau et le nuage électronique est rompu : il ne présente pas le même nombre d'électrons que de protons dans son noyau.
Deux cas de figure peuvent se produire :
Les électrons, chargés négativement, sont plus nombreux que les protons, chargés positivement : la charge totale de l'ion est négative, c'est un anion.
Les électrons, chargés négativement, sont moins nombreux que les protons, chargés positivement : la charge totale de l'ion est positive, c'est un cation.
Attention : Conservation de l'élément chimique
Seul le nombre d'électrons est affecté par le passage d'un atome à l'ion monoatomique correspondant. Le nombre de protons du noyau n'est pas modifié car cela signifierait un changement d'élément chimique.
Exemple d'un cation : l'ion cuivre II
On fait figurer en exposant la charge de l'ion : ici 2+, c'est à dire que la charge totale de cet ion est égale à +2e.
Composition de l'ion :
Le numéro atomique est égal à 29, donc le noyau contient 29 protons.
Le nombre de masse vaut 63, donc le noyau contient 63-29, soit 34 neutrons.
Pour déterminer le nombre d'électrons de l'ion, on raisonne à partir de la charge totale de l'ion, ici +2e.
La charge est positive, cela signifie donc que les électrons (chargés négativement) sont en nombre inférieur aux protons (chargés positivement).
La différence de deux charges élémentaires nous permet enfin d'affirmer que le nombre d'électrons est égal à 29-2, soit 27.
Exemple d'un anion : l'ion chlorure
La charge qui figure en exposant est ici - (pour 1-), c'est à dire que la charge totale de cet ion est égale à -e.
Composition de l'ion :
Le numéro atomique est égal à 17, donc le noyau contient 17 protons.
Le nombre de masse vaut 35, donc le noyau contient 35-17, soit 18 neutrons.
Pour déterminer le nombre d'électrons de l'ion, on raisonne à partir de la charge totale de l'ion, ici -e.
La charge est négative, cela signifie donc que les électrons (chargés négativement) sont en nombre supérieur aux protons (chargés positivement).
La différence d'une charge élémentaire nous permet enfin d'affirmer que le nombre d'électrons est égal à 17+1, soit 18.