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
• Nom des composés ioniques
• Neutralité électrique
• Proportion d’anions et de cations dans un composé ionique
• Formule chimique
• Les différentes sortes de formules de composés ioniques
• Quelques exemples de formules de composés ioniques

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 (S^2-) que d’ions magnésium (Mg²⁺)
• Dans le phosphate d’aluminium ii y a autant d’ions phosphate (PO₄^3-) 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 (S^2-)
• Le carbonate de potassium comporte deux fois plus d’ion potassium (K+) que d’ion carbonate (CO₃^2-)

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 (N^3-)
• Le phosphate de sodium est composé de trois fois plus d’ions sodium (Na⁺) que d’ions phosphates (PO₄^3-)

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 (S^2-) pour deux ions aluminium (Al³⁺)
• Le sulfate de fer III est composé de trois ions sulfate (SO₄^2-) 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 (PO₄^3-) pour trois ions calcium (Ca²⁺)
• Le nitrure de magnésium comporte deux ions nitrure (N^3-) 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 (S^2-) 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 (SO₄^2-) 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 B^m-

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