LIAISON IONIQUE: CARACTÉRISTIQUES, COMMENT ELLE SE FORME ET EXEMPLES - CHIMIE

La liaison ionique est un type de liaison chimique dans lequel il existe une attraction électrostatique entre des ions de charge opposée. Autrement dit, un ion chargé positivement forme une liaison avec un ion chargé négativement, transférant des électrons d'un atome à un autre.

Ce type de liaison chimique se produit lorsque les électrons de valence d'un atome sont transférés en permanence à un autre atome. L'atome qui perd des électrons devient un cation (chargé positivement) et celui qui gagne des électrons devient un anion (chargé négativement).

Exemple de liaison ionique: fluorure de sodium. Le sodium perd un électron de valence et le cède au fluor. Wdcf

Concept de liaison ionique

La liaison ionique est celle par laquelle des particules chargées électriquement, appelées ions, interagissent pour donner naissance à des solides et des liquides ioniques. Cette liaison est le produit d'interactions électrostatiques entre des centaines de millions d'ions et ne se limite pas à quelques-uns d'entre eux; c'est-à-dire qu'il va au-delà de l'attraction entre une charge positive vers une charge négative.

Prenons par exemple le composé ionique de chlorure de sodium, NaCl, mieux connu sous le nom de sel de table. Dans NaCl, la liaison ionique prédomine, elle est donc composée d'ions Na ⁺ et Cl ^-. Na ⁺ est l'ion ou le cation positif, tandis que Cl ^- (chlorure) est l'ion ou l'anion négatif.

Les ions Na + et Cl- dans le chlorure de sodium sont maintenus ensemble par liaison ionique. Source: Eyal Bairey via Wikipedia.

Na ⁺ et Cl ^- sont tous deux attirés par des charges électriques opposées. Les distances entre ces ions permettent à d'autres de se rapprocher, de sorte que des paires et des paires de NaCl apparaissent. Les cations Na ⁺ se repousseront car ils sont de charges égales, et la même chose se produit avec les anions Cl ^-.

Il arrive un moment où des millions d'ions Na ⁺ et Cl ^- parviennent à s'unifier, à s'unir, à créer une structure aussi stable que possible; un régi par liaison ionique (image du haut). Les cations Na ⁺ sont plus petits que les anions Cl ^{- en} raison de la force nucléaire effective croissante de leur noyau sur les électrons externes.

Liaison ionique de NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

La liaison ionique se caractérise par l'établissement de structures ordonnées où la distance entre les ions (Na ⁺ et Cl ^- dans le cas du NaCl) est faible par rapport à celle des autres solides. On parle donc d'une structure cristalline ionique.

Comment se forme une liaison ionique?

La liaison ionique n'a lieu que si une distribution d'électrons se produit de sorte que les charges des ions apparaissent. Ce type de liaison ne peut jamais se produire entre des particules neutres. Il doit nécessairement y avoir des cations et des anions. Mais d'où viennent-ils?

Illustration de liaison ionique. a) Le sodium a une charge nette négative. b) Le sodium cède un électron au chlore. Le sodium reste avec une charge positive nette et le chlore avec une charge négative nette, générant la liaison ionique. Ce type de liaison entre des millions d'atomes de Na et Cl donne naissance au sel physique. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Il existe de nombreuses voies par lesquelles les ions proviennent, mais la plupart sont basées sur une réaction d'oxydoréduction. La plupart des composés ioniques inorganiques sont constitués d'un élément métallique lié à un élément non métallique (ceux du bloc p du tableau périodique).

Le métal doit s'oxyder, perdre des électrons, pour devenir un cation. D'autre part, l'élément non métallique est réduit, gagne ces électrons et devient un anion. L'image suivante illustre ce point pour la formation de NaCl à partir d'atomes de sodium et de chlore:

Formation d'une liaison ionique. Source: Shafei sur Wikipedia arabe / Domaine public

L'atome Na fait don d'un de ses électrons de valence à Cl. Lorsque cette distribution d'électrons se produit, les ions Na ⁺ et Cl ^- se forment, qui commencent à s'attirer les uns les autres immédiatement et électrostatiquement.

On dit donc que Na ⁺ et Cl ^- ne partagent aucune paire d'électrons, contrairement à ce à quoi on pourrait s'attendre pour une liaison covalente Na-Cl hypothétique.

Propriétés de la liaison ionique

La liaison ionique est non directionnelle, c'est-à-dire que sa force n'est pas présente dans une seule direction, mais se propage plutôt dans l'espace en fonction des distances qui séparent les ions. Ce fait est important, car cela signifie que les ions sont fortement liés, ce qui explique plusieurs des propriétés physiques des solides ioniques.

Point de fusion

La liaison ionique est responsable de la fusion du sel à une température de 801 ºC. Cette température est considérablement élevée par rapport aux points de fusion de divers métaux.

C'est parce que NaCl doit absorber suffisamment de chaleur pour que ses ions commencent à s'écouler librement hors de ses cristaux; autrement dit, les attractions entre Na ⁺ et Cl ^- doivent être surmontées.

Point d'ébullition

Les points de fusion et d'ébullition des composés ioniques sont particulièrement élevés en raison de leurs fortes interactions électrostatiques: leur liaison ionique. Cependant, comme cette liaison implique de nombreux ions, ce comportement est généralement attribué plutôt aux forces intermoléculaires, et pas correctement à la liaison ionique.

Dans le cas du sel, une fois le NaCl fondu, on obtient un liquide composé des mêmes ions initiaux; seulement maintenant, ils se déplacent plus librement. La liaison ionique est toujours présente. Les ions Na ⁺ et Cl ^- se rencontrent à la surface du liquide pour créer une tension superficielle élevée, ce qui empêche les ions de s'échapper dans la phase gazeuse.

Par conséquent, le sel fondu doit augmenter sa température encore plus pour bouillir. Le point d'ébullition du NaCl est de 1465 ° C. À cette température, la chaleur dépasse les attractions entre Na ⁺ et Cl ^- dans le liquide, de sorte que des vapeurs de NaCl commencent à se former avec une pression égale à la pression atmosphérique.

Electronégativité

Il a été dit précédemment que la liaison ionique est formée entre un élément métallique et un élément non métallique. En bref: entre un métal et un non-métal. C'est ordinairement le cas pour les composés ioniques inorganiques; en particulier ceux de type binaire, comme NaCl.

Pour qu'une partition d'électrons se produise (Na ⁺ Cl ^-) et non un partage (Na-Cl), il doit y avoir une grande différence d'électronégativité entre les deux atomes. Sinon, il n'y aurait pas de liaison ionique entre les deux. Il est possible que le Na et le Cl se rapprochent, interagissent, mais immédiatement Cl, en raison de son électronégativité plus élevée, "prend" un électron de Na.

Cependant, ce scénario s'applique uniquement aux composés binaires, MX, tels que NaCl. Pour d'autres sels ou composés ioniques, leurs processus de formation sont plus compliqués et ne peuvent être abordés d'un point de vue purement atomique ou moléculaire.

Les types

Il n'y a pas différents types de liaisons ioniques, puisque le phénomène électrostatique est purement physique, ne variant que la manière dont les ions interagissent, ou le nombre d'atomes qu'ils possèdent; c'est-à-dire s'il s'agit d'ions monoatomiques ou polyatomiques. De même, chaque élément ou composé est à l'origine d'un ion caractéristique qui définit la nature du composé.

Dans la section des exemples, nous approfondirons ce point, et on verra que la liaison ionique est la même en substance dans tous les composés. Lorsque cela n'est pas rempli, on dit que la liaison ionique a un certain caractère covalent, ce qui est le cas de nombreux sels de métaux de transition, où les anions se coordonnent avec les cations; par exemple, FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^-).

Exemples de liaisons ioniques

Plusieurs composés ioniques seront listés ci-dessous, et leurs ions et proportions seront mis en évidence:

- Chlorure de magnésium

MgCl ₂, (Mg ²⁺ Cl ^-), dans un rapport 1: 2 (Mg ²⁺: 2 Cl ^-)

- Fluorure de potassium

KF, (K ⁺ F ^-), dans un rapport 1: 1 (K ⁺: F ^-)

- Sulfure de sodium

Na ₂ S, (Na ⁺ S ^2-), dans un rapport 2: 1 (2Na ⁺: S ^2-)

- Litho hydroxyde

LiOH, (Li ⁺ OH ^-), dans un rapport 1: 1 (Li ⁺: OH ^-)

- Fluorure de calcium

CaF ₂, (Ca ²⁺ F ^-), dans un rapport 1: 2 (Ca ²⁺: 2F ^-)

- Carbonate de sodium

Na ₂ CO ₃, (Na ⁺ CO ₃ ^2-), dans un rapport 2: 1 (2Na ⁺: CO ₃ ^2-)

- Carbonate de calcium

CaCO ₃, (Ca ²⁺ CO ₃ ^2-), dans un rapport 1: 1 (Ca ²⁺: CO ₃ ^2-)

- Le permanganate de potassium

KMnO ₄, (K ⁺ MnO ₄ ^-), dans un rapport 1: 1 (K ⁺: MnO ₄ ^-)

- Sulfate de cuivre

CuSO ₄, (Cu ²⁺ SO ₄ ^2-), dans un rapport 1: 1 (Cu ²⁺: SO ₄ ^2-)

- Hydroxyde de baryum

Ba (OH) ₂, (Ba ²⁺ OH ^-), dans un rapport 1: 2 (Ba ²⁺: OH ^-)

- Bromure d'aluminium

AlBr ₃, (Al ³⁺ Br ^-), dans un rapport 1: 3 (Al ³⁺: 3Br ^-)

- Oxyde de fer (III)

Fe ₂ O ₃, (Fe ³⁺ O ^2-), dans un rapport 2: 3 (2Fe ³⁺: 3O ^2-)

- Oxyde de strontium

SrO, (Sr ²⁺ O ^2-), dans un rapport 1: 1 (Sr ²⁺: O ^2-)

- Chlorure d'argent

AgCl, (Ag ⁺ Cl ^-), dans un rapport 1: 1 (Ag ⁺: Cl ^-)

- Autres

-CH ₃ COONa, (CH ₃ COO ^- Na ⁺), dans un rapport 1: 1 (CH ₃ COO ^-: Na ⁺)

- NH ₄ I, (NH ₄ ⁺ I ^-), dans un rapport 1: 1 (NH ₄ ⁺: I ^-)

Chacun de ces composés a une liaison ionique où des millions d'ions, correspondant à leurs formules chimiques, sont attirés électrostatiquement et forment un solide. Plus la magnitude de ses charges ioniques est grande, plus les attractions électrostatiques et les répulsions sont fortes.

Par conséquent, une liaison ionique a tendance à être plus forte plus les charges sur les ions qui composent le composé sont élevées.

Exercices résolus

Voici quelques exercices qui mettent en pratique les connaissances de base de la liaison ionique.

- Exercice 1

Lequel des composés suivants est ionique? Les options sont: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH ₃ et MgO.

Un composé ionique doit par définition avoir une liaison ionique. Plus la différence d'électronégativité entre ses éléments constitutifs est grande, plus le caractère ionique de ladite liaison est important.

Par conséquent, les options sans élément métallique sont en principe exclues: HF, H ₂ O, H ₂ S et NH ₃. Tous ces composés sont constitués uniquement d'éléments non métalliques. Le cation NH ₄ ⁺ fait exception à cette règle, car il ne contient aucun métal.

Les options restantes sont NaH et MgO, qui ont les métaux Na et Mg, respectivement, attachés à des éléments non métalliques. NaH (Na ⁺ H ^-) et MgO (Mg ²⁺ O ^2-) sont des composés ioniques.

- Exercice 2

Considérons le composé hypothétique suivant: Ag (NH ₄) ₂ CO ₃ I. Quels sont ses ions et dans quelle proportion se trouvent-ils dans le solide?

En décomposant le composé en ses ions, nous avons: Ag ⁺, NH ₄ ⁺, CO ₃ ^2- et I ^-. Ceux-ci sont joints électrostatiquement suivant le rapport 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺: 2NH ₄ ⁺: CO ₃ ^2-: I ^-). Cela signifie que la quantité de cations NH ₄ ⁺ est le double de celle des ions Ag ⁺, CO ₃ ^2- et I ^-.

- Exercice 3

KBr est composé d'ions K ⁺ et Br ^-, avec une magnitude de charge. Ensuite, CaS a les ^ions Ca ²⁺ et S ^2-, avec des charges de double magnitude, on pourrait donc penser que la liaison ionique dans CaS est plus forte que dans KBr; et aussi plus fort que Na ₂ SO ₄, puisque ce dernier est composé d'ions Na ⁺ et SO ₄ ^2-.

Le CaS et le CuO peuvent tous deux avoir une liaison ionique aussi forte, car ils contiennent tous deux des ions avec des charges de double magnitude. Ensuite, nous avons AlPO ₄, avec les ions Al ³⁺ et PO ₄ ^3-. Ces ions ont des charges de magnitude triple, de sorte que la liaison ionique dans AlPO ₄ devrait être plus forte que dans toutes les options précédentes.

Et enfin, nous avons le gagnant Pb ₃ P ₄, car si nous supposons qu'il est composé d'ions, ceux-ci deviennent Pb ⁴⁺ et P ^3-. Leurs charges ont les magnitudes les plus élevées; et par conséquent, Pb ₃ P ₄ est le composé qui a probablement la liaison ionique la plus forte.

Références

Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
Wikipédia. (2020). Une liaison ionique. Récupéré de: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 février 2020). Obligations ioniques vs covalentes - Comprenez la différence. Récupéré de: thinkco.com
Les rédacteurs de l'Encyclopaedia Britannica. (31 janvier 2020). Liaison ionique. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: britannica.com
Dictionnaire Chemicool. (2017). Définition de la liaison ionique. Récupéré de: chemicool.com

LIAISON IONIQUE: CARACTÉRISTIQUES, COMMENT ELLE SE FORME ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025