Lorsqu'un atome ou un groupe d'atomes gagne ou perd des électrons, ils forment une espèce électriquement chargée, appelée « ion ». Des tests caractéristiques permettent de les mettre en évidence. Les ions \ce{H+} et \ce{OH-} sont liés au pH d'une solution, qui indique si celle-ci est acide, neutre ou basique. Lors de la dilution d'une solution, leurs concentrations diminuent et le pH se rapproche de celui d'une solution neutre : 7.
Les ions
Les ions sont des entités chimiques portant des charges électriques, formées lorsqu'un atome ou un groupe d'atomes perd ou gagne des électrons. Sa formule indique alors sa charge électrique.
Définition
Un ion est une espèce chimique portant une charge électrique.
Ion
Un ion est obtenu lorsqu'un atome ou groupe d'atomes perd ou gagne un ou plusieurs électrons.
Lorsque l'atome de lithium perd un électron, il forme un ion, appelé « ion lithium ».
Un ion est par définition non neutre.
- Si l'ion provient d'un atome qui a perdu des électrons (charges négatives), il reste plus de charges positives que de charges négatives. C'est un ion positif appelé « cation ».
- Si l'ion provient d'un atome qui a gagné des électrons, il y aura donc plus de charges négatives que de charges positives. C'est un ion négatif appelé « anion ».
- L'ion cuivre (II) étant obtenu lorsque l'atome de cuivre perd 2 électrons, il s'agit d'un cation.
- L'ion chlorure étant obtenu lorsqu'un atome de chlore gagne un électron, il s'agit d'un anion.
Les ions monoatomiques et les ions polyatomiques
Un ion monoatomique est obtenu à partir d'un seul atome et un ion polyatomique est obtenu à partir de plusieurs atomes.
Ion monoatomique
Un ion monoatomique est obtenu lorsqu'un seul atome a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Sa formule est obtenue en ajoutant à celle de l'atome correspondant la charge électrique de l'ion, en haut à droite.
- L'ion cuivre (II) provenant d'un atome de cuivre qui perd deux électrons, il possède deux charges positives non compensées par les électrons. Sa charge électrique est donc « 2+ » et sa formule est \ce{Cu^{2+}} .
- L'ion chlorure provenant d'un atome de chlore qui gagne un électron, il possède une charge négative non compensée. Sa charge électrique est donc « 1- » et sa formule est \ce{Cl^{-}} .
Ion polyatomique
Un ion polyatomique est obtenu lorsqu'un groupe d'atomes a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
L'ion nitrate \ce{NO3-} est un groupe d'atomes qui contient un atome d'azote et 3 atomes d'oxygène. Ce groupe d'atomes porte une charge négative, donc le groupe a gagné un électron.
Les tests de reconnaissance de quelques ions
Les solutions de soude et de nitrate d'argent permettent de mettre en évidence la présence de certains ions. En effet, la couleur des précipités formés dépend de la nature des ions présents en solution.
L'identification des ions métalliques
Une solution de soude permet de mettre en évidence la présence de certains ions métalliques. Ceux-ci sont identifiés en fonction de la couleur du précipité formé.
Précipité
Un précipité est un solide peu soluble qui se forme dans un liquide après une transformation chimique.
Le trouble de l'eau de chaux a pour origine la formation d'un précipité.
Test des ions métalliques
Pour identifier les ions métalliques dans une solution aqueuse, il suffit d'ajouter quelques gouttes de soude, ou solution d'hydroxyde de sodium \ce{(Na+_{(aq)} + OH^{-}_{(aq)})} , dans le liquide. On observe différents précipités suivant les ions identifiés.
La couleur du précipité permet d'identifier l'ion métallique présent dans la solution aqueuse :
- Si le précipité obtenu est bleu, la solution contient des ions cuivre (II) \ce{Cu^{2+}} .
- Si le précipité obtenu est vert, la solution contient des ions fer (II) \ce{Fe^{2+}} .
- Si le précipité obtenu est orange ou rouille, la solution contient des ions fer (III) \ce{Fe^{3+}} .
- Si le précipité obtenu est blanc, la solution contient des ions zinc (II) \ce{Zn^{2+}} .
L'identification des ions chlorure \ce{Cl-}
Une solution de nitrate d'argent permet de mettre en évidence la présence d'ions chlorure. En leur présence, il se forme un précipité blanc qui noircit à la lumière.
Test des ions chlorure
Pour identifier les ions chlorure dans une solution aqueuse, il faut y ajouter quelques gouttes de nitrate d'argent : si la solution contient des ions chlorure, on observe la formation d'un précipité blanc qui noircit à la lumière.
Le pH
Le pH d'une solution permet de savoir si elle est acide, basique ou neutre. Il est lié aux concentrations des ions hydrogène \ce{H+} et hydroxyde \ce{OH-} . Lors de la dilution d'une solution, son pH se rapproche de 7.
Définition du pH
Le pH d'une solution est une grandeur indiquant notamment son acidité. L'échelle de pH s'étend de 0 à 14. Une solution neutre a un pH de 7.
PH
Le pH (potentiel Hydrogène) mesure l'acidité d'une solution. Il n'a pas d'unité et il se mesure à l'aide d'un pH-mètre ou d'un papier indicateur de pH.
Le pH d'une solution peut être mesuré avec du papier pH. La couleur de ce papier dépend du pH de la solution avec laquelle on le met en contact.
Le pH d'une solution aqueuse est compris entre 0 et 14.
- Si le pH est inférieur à 7, la solution est acide.
- Si le pH est voisin de 7, la solution est neutre.
- Si le pH est supérieur à 7, la solution est basique.
- Le jus de citron a un pH voisin de 3, c'est donc une solution acide.
- Les eaux minérales ont des pH voisin de 7, ce sont donc des solutions neutres.
- Les eaux savonneuses et les lessives ont des pH supérieurs à 9, ce sont donc des solutions basiques.
Le lien entre le pH et les ions \ce{H+} et \ce{OH-}
Le pH d'une solution est lié aux concentrations des ions hydrogène \ce{H+} et hydroxyde \ce{OH-} .
Ion hydrogène
L'ion hydrogène est l'ion monoatomique de formule \ce{H+} .
Ion hydroxyde
L'ion hydroxyde est l'ion polyatomique de formule \ce{OH-} .
Le pH d'une solution renseigne sur les valeurs des concentrations en ions hydrogène \ce{H+} et en ions hydroxyde \ce{OH-}.
Plus le pH d'une solution est faible :
- plus la quantité d'ions hydrogène \ce{H+} qu'elle contient est importante ;
- plus la quantité d'ions hydroxyde \ce{OH-} qu'elle contient est faible.
- Si le pH est égal à 7, la solution contient autant d'ions hydrogène \ce{H+} que d'ions hydroxyde \ce{OH-} .
- Plus le pH est proche de 0, plus la solution est acide et concentrée en ions hydrogène \ce{H+} .
- Plus le pH est proche de 14, plus la solution est basique et concentrée en ions hydroxyde \ce{OH-} .
Si un jus de citron a un pH proche de 3, il contient davantage d'ions hydrogène \ce{H+} que d'ions hydroxyde \ce{OH-} .
L'effet de la dilution sur le pH d'une solution
Lorsqu'on dilue une solution, son pH se rapproche de celui d'une solution neutre : 7.
Dilution
La dilution d'une solution est une technique au cours de laquelle on ajoute de l'eau à une solution dans le but de diminuer sa concentration.
Lorsqu'on prépare un verre de sirop en mélangeant un sirop concentré et de l'eau, on réalise une dilution.
Lors de la dilution d'une solution acide, le pH augmente et se rapproche de 7. La concentration en ions hydrogène \ce{H+} diminue.
Lorsqu'on ajoute de l'eau à un jus de citron, son pH augmente et se rapproche de 7.
Lors de la dilution d'une solution basique, le pH diminue et se rapproche de 7. La concentration en ions hydroxyde \ce{OH-} diminue.
Lorsqu'on dilue une eau savonneuse, son pH diminue et se rapproche de 7.
Les produits acides et basiques concentrés sont dangereux, car ils provoquent des brûlures sévères de la peau et des yeux. Pour se protéger, il faut porter une blouse, des lunettes de protection et des gants.