IONS POLYATOMIQUES: LISTE ET EXERCICES - CHIMIE - 2025

Les ions polyatomiques sont ceux contenant deux atomes ou plus, ils sont donc également connus sous le nom d'ions moléculaires. En revanche, les ions monoatomiques n'ont qu'un seul atome et sont dérivés du gain ou de la perte d'électrons subis par les éléments du tableau périodique.

Par exemple, si nous regardons les métaux, nous obtiendrons des cations: Na ⁺, Mg ²⁺, Ga ³⁺, Ti ⁴⁺, etc. Pendant ce temps, les éléments non métalliques nous donneront essentiellement des anions: O ^2-, S ^2-, F ^-, N ^3-, etc. En eux, la charge ionique est entièrement localisée et, dans une certaine mesure, il en va de même avec les ions polyatomiques; bien qu'il existe des milliers d'exceptions.

Dans le plâtre de l'ornementation, nous trouvons l'ion sulfate, qui est polyatomique et est également accompagné de molécules de calcium et d'eau. Source: Pixnio

Dans un ion polyatomique, la charge négative repose généralement sur les atomes les plus électronégatifs, et une telle situation ne serait possible que s'il y avait des liaisons covalentes internes. Comme il existe des liaisons covalentes, nous sommes face à une molécule chargée ioniquement ou à un complexe métallique. Ces types d'ions sont très répandus en chimie organique.

En chimie inorganique, par exemple, l'un des ions les plus connus est l'anion sulfate, SO ₄ ^2-. Comme on peut le voir, il contient deux éléments: le soufre et l'oxygène, qui totalisent cinq atomes liés par des liaisons SO. Le SO ₄ ^2- fait partie du gypse et de ses variétés minéralogiques, largement utilisé depuis l'Antiquité dans les travaux de construction.

Liste des ions polyatomiques les plus courants

Certains des ions polyatomiques les plus courants seront mentionnés ci-dessous. Deux d'entre eux, cruciaux dans la chimie des solutions, proviennent de la même eau.

Hydronium

Le cation hydronium, H ₃ O ⁺, est l'un des cations polyatomiques les plus simples. La charge positive réside sur l'atome d'oxygène central. Il est généré lorsqu'une molécule d'eau gagne de l'hydrogène.

Hydroxyle

Aussi connu sous le nom d'hydroxyle, OH ^-, est un anion polyatomique constitué de seulement deux atomes liés de manière covalente, OH. La charge négative est sur l'atome d'oxygène et est générée lorsqu'une molécule d'eau perd un hydrogène.

Carbonate

L'anion carbonate, CO ₃ ^2-, se trouve dans le calcaire et le marbre, ainsi que dans la craie sur les tableaux noirs. Ses deux charges négatives sont délocalisées par résonance entre les trois atomes d'oxygène, le carbone étant l'atome central.

Nitrate

L'anion nitrate, NO ₃ ^-, essentiel pour les plantes, a une structure très proche de celle du carbonate. Là encore, la charge négative est délocalisée entre les oxygènes car ce sont les atomes les plus électronégatifs.

Ammonium

Après l'hydronium, l'ammonium, NH ₄ ⁺, est le cation le plus pertinent car il est dérivé de l'ammoniac, gaz essentiel pour d'innombrables procédés industriels. L'azote est l'atome central, et bien qu'il soit le plus électronégatif, il a une charge positive en raison de la perte d'un électron lors de la formation de quatre liaisons NH.

Peroxyde

L'anion peroxyde, O ₂ ^2-, est spécial car il est diatomique et homonucléaire, ayant une liaison OO.

Oxalate

L'anion oxalate, C ₂ O ₄ ^2-, est dérivé de l'acide oxalique et est littéralement une pierre dans les reins.

Phosphate

L'anion phosphate, PO ₄ ^3-, a une grande amplitude de charge, qui est délocalisée entre ses quatre atomes de phosphore par résonance. Il se trouve dans des minéraux abondants et constitue les cristaux de nos os.

Cyanure

L'anion cyanure, CN ^-, est également diatomique mais hétéronucléaire. La charge négative réside sur l'atome d'azote, et il a une triple liaison, C --N ^-.

Acétate

L'acétate, CH ₃ COO ^-, est peut-être l'anion polyatomique organique le plus représentatif. Notez qu'il a trois éléments et un caractère plus moléculaire que les autres ions (plus de liaisons covalentes). Cet anion peut être obtenu à partir de vinaigre neutralisé avec du bicarbonate de sodium.

Permanganate

Jusqu'à présent, aucun ion polyatomique n'a eu un atome central qui ne soit pas un élément non métallique électronégatif. Cependant, dans le cas du permanganate, l'atome central est un métal de transition, le manganèse, MnO ₄ ^-, avec la charge négative délocalisée entre ses quatre atomes.

Cet anion est facile à reconnaître car ses composés ont généralement des cristaux violets brillants, qui colorent leurs solutions de la même couleur.

Chromate

Semblable au cas du permanganate, le chromate, CrO ₄ ^2-, a le chrome comme atome central. Contrairement au MnO ₄ ^-, le chromate est divalent et la couleur de ses solutions n'est pas violette mais jaune.

Exercices

Exercice 1

Quels ions composent le sel suivant? NH ₄ NaCO ₃

La formule chimique révèle déjà par elle-même la présence du cation sodium, Na ⁺, car il sera toujours polyatomique et ne formera pas de liaisons covalentes. A droite, l'anion carbonate, CO ₃ ^2-, est immédiatement reconnaissable; tandis qu'à gauche, le cation ammonium se détache. Par conséquent, les ions sont: NH ₄ ⁺, Na ⁺ et CO ₃ ^2- (carbonate de sodium et d'ammonium).

Exercice 2

Quels ions composent le sel suivant et combien y en a-t-il par formule? MgKPO ₄

Encore une fois, nous cherchons d'abord les ions monoatomiques; dans ce cas, potassium, K ⁺ et magnésium, Mg ²⁺. On se retrouve avec l'anion phosphate, PO ₄ ^3-, visible sur le côté droit de la formule. Par formule, on a alors un ion de chacun, dont le rapport est 1: 1: 1 (1 Mg ²⁺: 1 K ⁺: 1 PO ₄ ^3-).

Exercice 3

Quels ions contient le composé suivant? AlOH ₃. Y a-t-il un problème avec cela?

La formule invite à la confusion. Cela pourrait aussi s'écrire: AlH ₃ O. Par conséquent, il aurait deux cations: Al ³⁺ et H ₃ O ⁺, violant la conservation de la neutralité ionique. Il doit nécessairement y avoir des charges négatives qui neutralisent ces quatre charges positives.

Compte tenu de ce raisonnement, le composé AlOH ₃ ne peut exister. Et qu'en est-il de Al (OH) ₃ ? Il a toujours le cation trivalent Al ³⁺, mais maintenant il a un anion bien connu: l'hydroxyle, OH ^-. Il doit y avoir trois OH ^- pour neutraliser la charge positive de Al ³⁺, et c'est pourquoi le rapport est de 1: 3 (1 Al ³⁺: 3 OH ^-).

Exercice 4

Quels ions contient le composé suivant? K ₂ Ti (CN) ₄

De l'exemple de Al (OH) _3, nous savons que ce qui est à l'intérieur des parenthèses est un anion polyatomique; dans ce cas, cyanure, CN ^-. De même, le potassium est un cation monoatomique K ⁺, et en ayant deux dans la formule, ils ajouteraient deux charges positives. Il nous manquerait deux autres charges positives, qui ne peuvent provenir que du titane, Ti ²⁺.

Par conséquent, K ₂ Ti (CN) ₄ a les ions suivants: K ⁺, Ti ²⁺ et CN ^-, dans un rapport 2: 1: 4 (2 K ⁺: 1 Ti ²⁺: 4 CN ^-).

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Chimie organique. Amines. (10 ^e édition.). Wiley Plus.
3. Wikipédia. (2020). Ion polyatomique. Récupéré de: en.wikipedia.org
4. Université de Washington. (2001). Tableaux des ions polyatomiques communs. Récupéré de: chemistry.wustl.edu
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (12 janvier 2019). Ion polyatomique: définition et exemples. Récupéré de: thinkco.com
6. Khan Academy. (2020). Ions polyatomiques. Récupéré de: es.khanacademy.org