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Chimie · 11e SM

Leçon 6 sur 16

Molécules et ions

Je sais lire et écrire la formule d'une molécule, reconnaître les ions monoatomiques et polyatomiques courants, et écrire la formule et le nom d'un composé ionique.

  • 50 min
  • 5 exercices corrigés
  • 1 schéma
  • QCM de 5 questions

À la fin de la leçon, tu sauras :

  • Définir une molécule et exploiter sa formule brute, développée et semi-développée
  • Connaître les ions monoatomiques et polyatomiques usuels et leur charge
  • Écrire la formule statistique d'un composé ionique en respectant l'électroneutralité
  • Nommer un composé ionique à partir de ses ions

Avant de commencer : La leçon « Les liaisons chimiques » : liaison covalente, valence, schéma de Lewis, formation des ions par la règle de l'octet.

1Je découvre

Kadiatou accompagne sa tante au dispensaire de Labé. Sur l'étiquette d'un sachet de sels de réhydratation, elle lit : « chlorure de sodium, chlorure de potassium, citrate trisodique, glucose ». Au marché, un vendeur d'engrais vante son « sulfate d'ammonium » et son « phosphate ». À l'école, le professeur a écrit au tableau : H2O, CO2, C6H12O6, NaCl, Al2O3.

Kadiatou remarque que certains noms se ressemblent : chlorure, sulfate, phosphate… et que certaines formules contiennent des parenthèses, comme Ca3(PO4)2. Elle se demande pourquoi on n'écrit pas simplement « CaPO4 », et pourquoi le glucose est appelé une molécule alors que le sel de cuisine ne l'est pas.

Qu'est-ce qui distingue une molécule d'un ion, et comment écrire correctement la formule et le nom d'un composé ionique ?

2Je comprends

1. Les molécules

Une molécule est un assemblage électriquement neutre d'atomes unis par des liaisons covalentes. Exemples : H2, O2, H2O, CO2, NH3, CH4, le glucose C6H12O6.

La formule brute indique la nature des atomes (par leurs symboles) et leur nombre (par les indices, placés en bas à droite ; l'indice 1 ne s'écrit pas).

  • C6H12O6 : 6 atomes de carbone, 12 d'hydrogène, 6 d'oxygène, soit 6 + 12 + 6 = 24 atomes.
  • L'atomicité est le nombre total d'atomes de la molécule : H2 et O2 sont diatomiques, O3 (ozone) est triatomique.

La formule brute ne dit pas comment les atomes sont reliés. On utilise alors :

  • la formule développée, qui montre toutes les liaisons : pour l'éthanol C2H6O, chaque liaison C–H, C–C, C–O et O–H est dessinée ;
  • la formule semi-développée, qui ne montre pas les liaisons avec l'hydrogène : CH3-CH2-OH.

Deux molécules peuvent avoir la même formule brute et des formules développées différentes : l'éthanol CH3-CH2-OH et le méthoxyméthane CH3-O-CH3 ont tous deux la formule C2H6O mais ce sont deux corps différents. On dit que ce sont des isomères.

Attention au coefficient : 2H2O désigne deux molécules d'eau (4 atomes H et 2 atomes O au total), alors que l'indice 2 de H2O indique 2 atomes d'hydrogène dans une molécule.

2. Les ions monoatomiques

Un ion monoatomique provient d'un seul atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons (leçon précédente). On écrit sa charge en haut à droite.

Cations (métaux, H)Anions (non-métaux)
H^+ ion hydrogèneCl^- ion chlorure
Na^+ ion sodiumF^- ion fluorure
K^+ ion potassiumO2- ion oxyde
Mg2+ ion magnésiumS2- ion sulfure
Ca2+ ion calcium
Al3+ ion aluminium
Cu2+ ion cuivre II
Fe2+ ion fer II ; Fe3+ ion fer III
Zn2+ ion zinc

Les anions monoatomiques ont un nom en « -ure » (chlorure, sulfure), sauf l'ion oxyde.

3. Les ions polyatomiques

Un ion polyatomique est un groupe d'atomes liés par des liaisons covalentes, qui porte globalement une charge électrique. Il reste souvent entier au cours des réactions.

IonNomIonNom
OH^-hydroxydeSO42-sulfate
NO3^-nitrateCO32-carbonate
HCO3^-hydrogénocarbonatePO43-phosphate
MnO4^-permanganateNH4^+ammonium
H3O^+oxonium (hydronium)

Exemple

Dénombrer les particules d'un ion polyatomique : l'ion sulfate SO₄²⁻.

Données : S (Z = 16) ; O (Z = 8).

Protons : 16 + 4 × 8 = 48.

Si le groupe était neutre, il aurait 48 électrons. La charge 2− signifie 2 électrons en plus : 48 + 2 = 50 électrons.

Vérification de la charge : 48 × (+e) + 50 × (−e) = −2e.

4. Les composés ioniques

Un composé ionique (ou solide ionique) est formé de cations et d'anions empilés régulièrement dans un cristal. Il n'est pas formé de molécules. Il est électriquement neutre : la somme des charges positives est égale à la somme des charges négatives.

Sa formule statistique indique la proportion des ions, avec les plus petits nombres entiers possibles, sans écrire les charges : on écrit le cation en premier.

Méthode

Pour écrire la formule d'un composé ionique :

  1. J'écris le cation et l'anion avec leurs charges (par exemple Al³⁺ et O²⁻).
  2. Je cherche le plus petit nombre de charges commun aux deux (ici 6).
  3. J'en déduis le nombre de chaque ion : 6 / 3 = 2 ions Al³⁺ et 6 / 2 = 3 ions O²⁻.
  4. J'écris la formule, cation d'abord, sans les charges : Al₂O₃.
  5. Si un ion polyatomique est pris plusieurs fois, je le mets entre parenthèses : Ca₃(PO₄)₂.
  6. Je vérifie l'électroneutralité : charges + = charges −.
  1. 1Écrire les ions : Al³⁺ et O²⁻.
  2. 2Plus petit multiple commun des charges : 6.
  3. 3Nombre d'ions : 6 ÷ 3 = 2 Al³⁺ ; 6 ÷ 2 = 3 O²⁻.
  4. 4Formule statistique : Al₂O₃ (oxyde d'aluminium, l'alumine tirée de la bauxite).
  5. 5Vérification : 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0.
Écrire la formule d'un composé ionique en respectant l'électroneutralité.

Nom d'un composé ionique : on nomme d'abord l'anion, puis le cation : « anion de cation ».

  • NaCl : chlorure de sodium ;
  • CaCO3 : carbonate de calcium (calcaire, craie) ;
  • CuSO4 : sulfate de cuivre II ;
  • Fe2O3 : oxyde de fer III (principal constituant de l'hématite, minerai de fer) ;
  • NH4NO3 : nitrate d'ammonium (engrais).

Exemple

Formule du phosphate de calcium.

Ions : Ca²⁺ (calcium) et PO₄³⁻ (phosphate).

Plus petit multiple commun de 2 et 3 : 6.

6 / 2 = 3 ions Ca²⁺ ; 6 / 3 = 2 ions PO₄³⁻.

Formule : Ca₃(PO₄)₂. Les parenthèses indiquent que tout le groupe PO₄ est pris deux fois.

Vérification : 3 × (+2) + 2 × (−3) = +6 − 6 = 0.

Réponse à Kadiatou : « CaPO₄ » ne serait pas neutre (+2 − 3 = −1).

Exemple

Retrouver les ions à partir d'une formule : le sulfate d'aluminium Al₂(SO₄)₃.

L'anion est le sulfate SO₄²⁻ ; il y en a 3, soit une charge totale −6.

Le composé est neutre : les 2 ions aluminium portent en tout +6, donc chacun porte +3 : Al³⁺.

Composition : 2 ions Al³⁺ pour 3 ions SO₄²⁻. Ce composé sert au traitement de l'eau potable.

5. Molécules ou ions : comment les distinguer ?

MoléculeComposé ionique
Atomes liés par liaisons covalentesIons liés par attraction électrostatique
Entre non-métauxEn général métal + non-métal (ou ion polyatomique)
Formule = composition exacte d'une moléculeFormule = proportion des ions
Exemples : H2O, CO2, C6H12O6Exemples : NaCl, CaCO3, Al2O3

Le glucose est donc bien une molécule ; le sel de cuisine est un composé ionique.

3Je retiens

Je retiens

Molécule : assemblage neutre d'atomes liés par liaisons covalentes ; formule brute = nature et nombre des atomes.

Indice (H₂O : 2 atomes H) ≠ coefficient (2H₂O : 2 molécules).

Isomères : même formule brute, formules développées différentes.

Ion monoatomique : Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Al³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺ ; Cl⁻, F⁻, O²⁻, S²⁻.

Ions polyatomiques : OH⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻, PO₄³⁻, HCO₃⁻, MnO₄⁻, NH₄⁺, H₃O⁺.

Composé ionique : électriquement neutre ; formule statistique sans charges, cation en premier (Al₂O₃, Ca₃(PO₄)₂).

Nom : « anion de cation » (chlorure de sodium, sulfate de cuivre II).

4Erreurs fréquentes

  • Écrire les charges dans la formule d'un composé ionique : on écrit NaCl, pas Na⁺Cl⁻ comme formule statistique.
  • Oublier les parenthèses : Ca₃PO₄₂ est faux ; il faut Ca₃(PO₄)₂.
  • Nommer dans le mauvais ordre : NaCl s'appelle chlorure de sodium, pas « sodium de chlorure ».
  • Confondre indice et coefficient : 3CO₂ contient 3 atomes de carbone et 6 atomes d'oxygène.

5Je m’exerce

1Exercice 1

Pour chaque formule, donne le nombre d'atomes de chaque élément et l'atomicité : NH3 ; C12H22O11 (saccharose) ; O3 ; C2H6O.

Voir le corrigéCacher le corrigé
  • NH3 : 1 N, 3 H ; atomicité 4.
  • C12H22O11 : 12 C, 22 H, 11 O ; atomicité 12 + 22 + 11 = 45.
  • O3 : 3 O ; atomicité 3.
  • C2H6O : 2 C, 6 H, 1 O ; atomicité 9.

2Exercice 2

Donne le nombre de protons et d'électrons des ions : Al3+ (Z = 13) ; S2- (Z = 16) ; NH4^+ (N : Z = 7 ; H : Z = 1).

Voir le corrigéCacher le corrigé
  • Al3+ : 13 protons ; 13 - 3 = 10 électrons.
  • S2- : 16 protons ; 16 + 2 = 18 électrons.
  • NH4^+ : protons 7 + 4 × 1 = 11 ; électrons 11 - 1 = 10.

3Exercice 3

Écris la formule statistique de : a) chlorure de calcium ; b) oxyde de fer III ; c) hydroxyde de cuivre II ; d) nitrate de potassium ; e) sulfate d'ammonium.

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) Ca2+ et Cl^- : CaCl2.

b) Fe3+ et O2- : multiple commun 6 ; Fe2O3.

c) Cu2+ et OH^- : Cu(OH)2.

d) K^+ et NO3^- : KNO3.

e) NH4^+ et SO42- : (NH4)2SO4.

4Exercice 4

Nomme les composés : KCl ; MgO ; Na2CO3 ; FeSO4 ; Al(OH)3.

Voir le corrigéCacher le corrigé
  • KCl : chlorure de potassium.
  • MgO : oxyde de magnésium.
  • Na2CO3 : carbonate de sodium.
  • FeSO4 : sulfate de fer II (le sulfate porte −2, donc le fer porte +2).
  • Al(OH)3 : hydroxyde d'aluminium.

5Exercice 5

(Synthèse) La bauxite de Boké contient surtout de l'hydroxyde d'aluminium. Par chauffage, on obtient l'alumine, oxyde d'aluminium.

a) Écris la formule de l'hydroxyde d'aluminium et celle de l'alumine, en justifiant par l'électroneutralité.

b) L'alumine est-elle formée de molécules ? Justifie.

c) Combien d'ions au total contient un « motif » Al2O3 ? Combien d'électrons perdent en tout les atomes d'aluminium de ce motif ?

Voir le corrigéCacher le corrigé

a) Hydroxyde d'aluminium : Al3+ et OH^- ; il faut 3 OH^- pour compenser +3 : Al(OH)3. Alumine : Al3+ et O2- ; multiple commun 6 : 2 Al3+ et 3 O2- : Al2O3. Vérification : 2 × 3 - 3 × 2 = 0.

b) Non : c'est un composé ionique, formé d'ions Al3+ et O2- empilés dans un cristal ; la formule donne seulement la proportion des ions.

c) 2 + 3 = 5 ions. Chaque atome d'aluminium perd 3 électrons : 2 × 3 = 6 électrons (captés par les 3 atomes d'oxygène, 2 chacun).

Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.

6Je vérifie

Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.

1Combien d'atomes d'hydrogène y a-t-il dans 3H2O ?
Voir la réponse

Réponse C : 6. 3 molécules contenant chacune 2 atomes H : 3 × 2 = 6.

2Quelle est la formule de l'ion sulfate ?
Voir la réponse

Réponse B : SO42-. S2- est l'ion sulfure ; l'ion sulfate est SO42-.

3La formule du chlorure de magnésium est :
Voir la réponse

Réponse B : MgCl2. Il faut deux Cl^- pour compenser la charge de Mg2+.

4Le composé CaCO3 s'appelle :
Voir la réponse

Réponse A : carbonate de calcium. On nomme l'anion (carbonate) puis le cation (calcium).

5Deux isomères ont :
Voir la réponse

Réponse B : la même formule brute et des formules développées différentes. Exemple : éthanol et méthoxyméthane, tous deux C2H6O.

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