Les composés ioniques

Cours de chimie niveau seconde – Constitution et transformations de la matière – Partie 1: de l’échelle macroscopique à l’échelle microscopique – B) Modélisation de la matière à l’échelle microscopique – Du macroscopique au microscopique, de l’espèce chimique à l’entité.

Structure des composés ioniques

Un composé ionique associe toujours un cation (ions positif) à un anion (ion négatif). Il s’agit d’une structure cristalline où les ions sont “empilés” en adoptant une configuration stable, les cations sont entourés principalement d’anions tandis que le cations sont entourés principalement d’anion ainsi les forces électriques attractives (entre charges de signes opposées) sont plus intenses que les forces électriques répulsives entre charges de même signe. Les forces électriques attractives sont dominantes et maintiennent fermement ensembles les ions d’un solide ionique.

Nom des composés ioniques

Le nom d’un composé ionique est formé à partir du cation et de l’anion qui le constituent sur le modèle suivant:

“nom anion” de “ du cation”

Exemples

  • Chlorure de magnésium
  • Fluorure de potassium
  • Carbonate de sodium
  • Sulfate de lithium

La première partie du nom d’un composé ionique est donc le nom de son anion. Pour rappel les anions monoatomiques forment leur nom à partir de l’élément chimique auquel on ajoute une terminaison en “ure” (chlorure, fluorure, bromure, iodure, sulfure etc) et les anions polyatomiques ont souvent une terminaison en “ate” (phosphate, carbonate, sulfate, permanganate), en “ite” (sulfite, nitrite) et parfois aussi en “ure” (cyanure).

La deuxième partie du nom d’un composé ionique est donc celle de son cation. Pour rappel les cations sont souvent monoatomiques et s’appellent souvent simplement “ion de l’élément” (ion sodium, ion calcium, ion aluminium) et sont parfois suivit d’un chiffre romain qui précise le nombre de charges positives excédentaires portées (par exemple ions fer III pour Fe3+, ion Fer II pour Fe2+)



On peut donc déterminer les ions formant un composé ionique à partir de son nom

Exemples 

  • Du sulfate de magnésium est composé d’anions sulfate et de cations magnésium
  • Du chromate de calcium est composé d’anions chromate et cations calcium

Inversement le nom d’un composé ioniques peut être trouvé à partir du nom du cation et de l’anion qui le constituent.

Exemples

  • Des ions sodium et des ions chlorure forment du chlorure de sodium.
  • Des ions carbonate et aluminium forment du carbonate d’aluminium.

Neutralité électrique

Bien qu’ils soient constitués d’entités chimiques chargées, les composés chimiques sont toujours globalement électriquement neutres: La charge positive globale des cations compense la charge globale négative des anions.

Proportion d’anions et de cations dans un composé ionique

La neutralité électrique d’un composé ionique impose une proportion bien définie de cations et d’anions permettant de respecter l’égalité entre charges positives et charges négatives. Les proportions d’anions et de cations dépend donc du nombre de charge excédentaire que chacun porte.

Si le nombre de charges positives du cation est le même que le nombre de charges négatives de l’anion alors il y a autant de cation que d’anion.

Exemples

  • Dans le chlorure de sodium il y a autant d’ions chlorure (Cl) que d’ions sodium (Na+)
  • Dans le sulfure de magnésium il y a autant d’ions sulfure (S2-) que d’ions magnésium (Mg2+)
  • Dans le phosphate d’aluminium ii y a autant d’ions phosphate (PO43-) que d’ions aluminium (Al3+)

Si le nombre de charges positives du cation est deux fois plus élevé que le nombre de charges négatives de l’anion alors Il y a deux fois plus d’anions que de cations

Exemples

  • Dans le chlorure de magnésium il y a deux fois plus d’ions chlorure (Cl) que d’ions magnésium (Mg2+)
  • Dans Fluorure de calcium il y a deux fois plus d’ions fluorure (F) que d’ions calcium (Ca2+)

Inversement, si le nombre de charges négatives de l’anion est deux fois plus élevé que le nombre de charges positives du cation alors Il y a deux fois plus de cations que d’anions.

Exemples

  • Le sulfure de sodium comporte deux fois plus d’ions sodium (Na+) que d’ion sulfure (S2-)
  • Le carbonate de potassium comporte deux fois plus d’ion potassium (K+) que d’ion carbonate (CO32-)

Si le nombre de charges positives du cation est trois fois plus élevé que le nombre de charges négatives de l’anion alors il y a trois plus d’anions que de cations.

Exemples

  • Dans le chlorure d’aluminium il y a trois fois plus d’ions aluminium (Al3+) que d’ions chlorure (Cl)
  • Dans le bromure de fer III il y a trois fois plus d’ions bromure (Br) que d’ions fer III (Fe3+)

Inversement, si le nombre de charges négatives de l’anion est trois fois plus grand que le nombre de charges positives du cation alors Il y a trois fois plus de cations que d’anions.

Exemples

  • Le nitrure de lithium est composé de trois fois plus d’ions lithium (Li+) que d’ions nitrure (N3-)
  • Le phosphate de sodium est composé de trois fois plus d’ions sodium (Na+) que d’ions phosphates (PO43-)

Si le cation porte trois charges positives et l’anions deux charges négatives alors la proportion sera de deux cations pour trois anions.

Exemples

  • Le sulfure d’aluminium est composé de trois ions sulfure (S2-) pour deux ions aluminium (Al3+)
  • Le sulfate de fer III est composé de trois ions sulfate (SO42-) pour deux ions fer III (Fe3+)

Inversement, si le cation porte deux charges positives et l’anions trois charges négatives alors la proportion sera de trois cations pour deux anions.

Exemples

  • Le phosphate de calcium comporte deux ions phosphate (PO43-) pour trois ions calcium (Ca2+)
  • Le nitrure de magnésium comporte deux ions nitrure (N3-) pour trois ions magnésium (Mg2+)

Formule chimique

La formule chimique d’un composé ionique est une formule dite “statistique” car elle ne désigne pas la composition d’entités chimiques indépendantes (comme le sont par exemple les molécules), elle reflète plutôt les proportions des différents ions constituant ce composé ionique.

Règle d’écriture de la formule chimique d’un composé ionique:

  • la formule du cation est notée en premier sans mentionner la charge portée.
  • la formule de l’anion est ensuite notée en deuxième (accolée à celle du cation) sans mentionner non plus sa charge
  • les formules de l’anion et du cation sont, se c’est nécessaire, suivie d’un indice indiquant les proportions de chacun d’entre eux dans
  • le composé (ces proportion sont établie à la règle de neutralité électrique globale, voir paragraphe précédent).
  • Si l’anion est polyatomique et possède un indice alors sa formule est noté entre parenthèses.

Exemples

  • Formule chimique du chlorure de sodium
    Il est formé de l’anion chlorure (Cl) et du cation sodium (Na+).
    La neutralité électrique implique qu’il y ait autant d’ion chlorure que d’ion sodium dans le composé ionique.
    La formule du cation est notée en premier sans sa charge: Na
    La formule de l’anion est noté ensuite (accolée) sans charge: NaCl
    Il y a un sodium pour un chlorure donc aucun indice n’est nécessaire, la formule reste NaCl
  • Formule chimique du chlorure d’aluminium
    Il est formé de l’anion chlorure (Cl) et du cation Aluminium (Al3+).
    La neutralité électrique implique qu’il y ait trois fois plus d’ion chlorure que d’ion aluminium dans le composé ionique.
    La formule du cation est notée en premier sans sa charge: Al
    La formule de l’anion est noté ensuite (accolée) sans charge: AlCl
    Il y a un aluminium pour trois chlorure donc on ajoute un indice “3” au chlorure, la formule devient AlCl3
  • Formule chimique du sulfure d’aluminium
    Il est formé de l’anion sulfure (S2-) et du cation Aluminium (Al3+).
    La neutralité électrique implique qu’il y ait trois ions sulfure pour deux ions aluminium dans le composé ionique.
    La formule du cation est notée en premier sans sa charge: Al
    La formule de l’anion est noté ensuite (accolée) sans charge: AlS
    On ajoute un indice “3” au sulfure et un indice “2” à l’aluminium, la formule devient alors Al2S3
  • Formule chimique du sulfate de fer III
    Il est formé de l’anion sulfate (SO42-) et du cation fer III (Fe3+).
    La neutralité électrique implique qu’il y ait trois ions sulfate pour deux ions fer III dans le composé ionique.
    La formule du cation est notée en premier sans sa charge: Fe
    La formule de l’anion est noté ensuite (accolée) sans charge: FeSO4
    On ajoute un indice “3” au sulfate qui est noté entre parenthèses puis un indice “2” au fer, la formule devient alors Fe2(SO4)3

Les différentes sortes de formules de composés ioniques

Voici les formules obtenues en associant un cation de type An+ à un anion de type Bm-

Formule du cation

Formule de l’anion

Formule du composé ionique

A+

B

AB

A+

B2-

A2B

A+

B3-

A3B

A2+

B

AB2

A2+

B2-

AB

A2+

B3-

A3B2

A3+

B

AB3

A3+

B2-

A2B3

A3+

B3-

AB

Quelques exemples de formules de composés ioniques

Nom

Cation

Anion

Formule du composé ionique

Chlorure de sodium

Na+

Cl

NaCl

Chlorure de potassium

K+

Cl

KCl

Chlorure de lithium

Li+

Cl

LiCl

Chlorure de béryllium

Be2+

Cl

BeCl2

Chlorure de magnésium

Mg2+

Cl

MgCl2

Chlorure de calcium

Ca2+

Cl

CaCl2

Chlorure d’aluminium

Al3+

Cl

AlCl3

Chlorure de fer II

Fe2+

Cl

FeCl2

Chlorure de fer III

Fe3+

Cl

FeCl3

Chlorure de cuivre II

Cu2+

Cl

CuCl2

Chlorure d’ammonium

NH4+

Cl

NH4Cl

Chlorure de plomb II

Pb2+

Cl

PbCl2

Iodure de sodium

Na+

I

NaI

Iodure de potassium

K+

I

KI

Iodure de lithium

Li+

I

LiI

Iodure de béryllium

Be2+

I

BeI2

Iodure de magnésium

Mg2+

I

MgI2

Iodure de calcium

Ca2+

I

CaI2

Iodure d’aluminium

Al3+

I

AlI3

Iodure de fer II

Fe2+

I

FeI2

Iodure de fer III

Fe3+

I

FeI3

Iodure de cuivre II

Cu2+

I

CuI2

Iodure d’ammonium

NH4+

I

NH4I

Iodure de plomb II

Pb2+

I

PbI2

Bromure de sodium

Na+

Br

NaBr

Bromure de potassium

K+

Br

KBr

Bromure de lithium

Li+

Br

LiBr

Bromure de béryllium

Be2+

Br

BeBr2

Bromurede magnésium

Mg2+

Br

MgBr2

Bromure de calcium

Ca2+

Br

CaBr2

Bromure d’aluminium

Al3+

Br

AlBr3

Bromure de fer II

Fe2+

Br

FeBr2

Bromure de fer III

Fe3+

Br

FeBr3

Bromure de cuivre II

Cu2+

Br

CuBr2

Bromure d’ammonium

NH4+

Br

NH4Br

Bromure de plomb II

Pb2+

Br

PbBr2

Fluorure de sodium

Na+

F

NaF

Fluorure de potassium

K+

F

KF

Fluorure de lithium

Li+

F

LiF

Fluorure de béryllium

Be2+

F

BeF2

Fluorure de magnésium

Mg2+

F

MgF2

Fluorure de calcium

Ca2+

F

CaF2

Fluorure d’aluminium

Al3+

F

AlF3

Fluorure de fer II

Fe2+

F

FeF2

Fluorure de fer III

Fe3+

F

FeF3

Fluorure de cuivre II

Cu2+

F

CuF2

Fluorure d’ammonium

NH4+

F

NH4F

Fluorure de plomb II

Pb2+

F

PbF2

Sulfure de sodium

Na+

S2-

Na2S

Sulfure de potassium

K+

S2-

K2S

Sulfure de lithium

Li+

S2-

Li2S

Sulfure de béryllium

Be2+

S2-

BeS

Sulfure de magnésium

Mg2+

S2-

MgS

Sulfure de calcium

Ca2+

S2-

CaS

Sulfure d’aluminium

Al3+

S2-

Al2S3

Sulfure de fer II

Fe2+

S2-

FeS

Sulfure de fer III

Fe3+

S2-

Fe2S3

Sulfure de cuivre II

Cu2+

S2-

CuS

Sulfure d’ammonium

NH4+

S2-

(NH4)2S

Sulfure de plomb II

Pb2+

S2-

PbS

Phosphate de sodium

Na+

PO43-

Na3PO4

Phosphate de potassium

K+

PO43-

K3PO4

Phosphate de lithium

Li+

PO43-

Li3PO4

Phosphate de béryllium

Be2+

PO43-

Be3(PO4)2

Phosphate de magnésium

Mg2+

PO43-

Mg3(PO4)2

Phosphate de calcium

Ca2+

PO43-

Ca3(PO4)2

Phosphate d’aluminium

Al3+

PO43-

AlPO4

Phosphate de fer II

Fe2+

PO43-

Fe3(PO4)2

Phosphate de fer III

Fe3+

PO43-

FePO4

Phosphate de cuivre II

Cu2+

PO43-

Cu3(PO4)2

Phosphate d’ammonium

NH4+

PO43-

(NH4)3PO4

Phosphate de plomb II

Pb2+

PO43-

Pb3(PO4)2

 

 

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