3ᵉ · Physique-Chimie · Constitution & transformations de la matière
Un atome est électriquement neutre : il a autant de charges positives (dans son noyau) que d'électrons négatifs autour. Un ion est un atome (ou un groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Il n'est alors plus neutre : il porte une charge électrique.
• Si l'atome perd un ou des électrons, il lui reste plus de charges + que de − : il devient positif. C'est un cation.
• Si l'atome gagne un ou des électrons, il a plus de − que de + : il devient négatif. C'est un anion.
Le petit chiffre et le signe écrits en haut à droite donnent la charge de l'ion. Cu²⁺ a perdu 2 électrons ; Cl⁻ a gagné 1 électron.
Dans l'eau, certaines solutions contiennent beaucoup d'ions hydrogène H⁺ : elles sont acides. D'autres contiennent beaucoup d'ions hydroxyde OH⁻ : elles sont basiques. Quand il y a autant de H⁺ que de OH⁻, la solution est neutre (comme l'eau pure).
On mesure l'acidité avec le pH, un nombre de 0 à 14 :
Plus le pH est petit, plus la solution est acide. Plus il est grand, plus elle est basique. On mesure le pH avec du papier pH ou un pH-mètre.
Diluer une solution acide (ajouter de l'eau), c'est diminuer sa concentration en ions H⁺ : son pH augmente et se rapproche de 7. Diluer une solution basique fait au contraire baisser son pH vers 7. Diluer, c'est toujours se rapprocher de la neutralité.
On reconnaît certains ions grâce à des réactifs qui forment un précipité coloré :
Avant la théorie, voyons à quoi sert ce chapitre. Les ions et le pH sont partout autour de toi. Sous ton évier, la plupart des produits ménagers sont acides ou basiques : le détartrant qui dissout le calcaire est très acide, le déboucheur de canalisation est très basique, et les deux sont dangereux justement à cause de ça.
Les acides forts attaquent les métaux : c'est la corrosion, celle qui ronge une carrosserie de voiture ou un vieux portail. Dans ton corps aussi, le pH est surveillé de très près : le sang doit rester autour de sept virgule quatre, et le moindre écart devient grave. Enfin, si tes parents ont une piscine, ils mesurent son pH chaque semaine : trop acide, l'eau pique les yeux ; trop basique, elle devient trouble.
Comprendre les ions et le pH, c'est apprendre à lire une étiquette, à manipuler sans danger et à comprendre la chimie de la vie de tous les jours.
Rappelle-toi : un atome est neutre, il a autant de charges positives dans son noyau que d'électrons négatifs autour de lui. Un ion, c'est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Attention, le noyau ne bouge jamais : seuls les électrons partent ou arrivent.
Si un atome perd un électron, il lui reste une charge positive de trop : il devient positif. Si au contraire il gagne un électron, il a une charge négative de trop : il devient négatif. On indique cette charge par un petit chiffre et un signe écrits en haut à droite du symbole.
Par exemple, Na avec un petit plus, c'est l'ion sodium qui a perdu un électron. Cl avec un petit moins, c'est l'ion chlorure qui en a gagné un.
On range les ions en deux familles selon leur signe. Les cations sont les ions positifs : ils ont perdu des électrons. Retiens l'ion hydrogène H plus, l'ion sodium Na plus, et l'ion cuivre Cu deux plus, qui lui a perdu deux électrons, d'où le petit deux devant le plus.
Les anions sont les ions négatifs : ils ont gagné des électrons. Retiens l'ion chlorure Cl moins et l'ion hydroxyde O H moins, qui est fait de deux atomes mais porte une seule charge négative. Le petit chiffre en haut indique combien de charges, et le signe indique si c'est un cation ou un anion.
Sans chiffre, cela veut dire une seule charge.
Dans l'eau, tout se joue avec deux ions. L'ion hydrogène H plus rend une solution acide : plus il y en a, plus c'est acide. L'ion hydroxyde O H moins rend une solution basique : plus il y en a, plus c'est basique.
Quand il y a exactement autant de H plus que de O H moins, la solution est neutre, comme l'eau pure. Pour mesurer tout ça d'un seul coup d'œil, on utilise le pH, un nombre compris entre zéro et quatorze. Si le pH est plus petit que sept, la solution est acide.
S'il vaut exactement sept, elle est neutre. S'il est plus grand que sept, elle est basique. Retiens bien : plus le pH est petit, plus c'est acide.
On le mesure avec du papier pH, qui change de couleur, ou avec un appareil précis, le pH-mètre.
Terminons par deux gestes de chimiste. D'abord la dilution : diluer, c'est ajouter de l'eau à une solution. Si tu dilues une solution acide, tu réduis la quantité d'ions hydrogène : son pH augmente et se rapproche de sept.
Si tu dilues une solution basique, son pH diminue et se rapproche aussi de sept. Autrement dit, diluer rapproche toujours de la neutralité, jamais l'inverse. Ensuite, l'identification des ions : pour savoir quels ions se cachent dans une solution incolore, on ajoute un réactif qui fait apparaître un solide coloré, un précipité.
L'ion cuivre donne un précipité bleu, l'ion fer un précipité vert, et l'ion chlorure un précipité blanc avec le nitrate d'argent. La couleur du précipité trahit l'ion présent.
12 des 32 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.