Chapitre II – Ions et pH

I – Les ions

1) Définition

•  Un ion est un atome ou groupe d’atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

•  L’atome ou groupe d’atomes qui perd un ou des électrons devient un ion positif  appelé cation.

•  L’atome ou groupe d’atomes qui gagne un ou des électrons devient un ion négatif  appelé anion.

2) Les ions monoatomiques et polyatomiques

a) Les ions monoatomiques

Les ions monoatomiques sont des ions formés d'un seul atome ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.

 Exemple des ions sodium (Z=11) : 

L'ion sodium correspond à un atome de sodium ayant perdu 1 électron.

L'atome de sodium (Z=11) est constitué de 11 protons et de 11 électrons (charge totale est nulle).

L'ion sodium est composé de 11 protons (+11e) et de 10 électrons(-10e)

charge totale de l'ion = +11e – 10e = +1e.

On notera l'ion sodium : Na+

 

Exemple des ions chlorure (Z=17) :

L'ion chlorure est un atome de chlore qui a gagné 1 électron.

L'atome de chlore (Z=17) est constitué de 17 protons et de 17 électrons (charge totale est nulle).

L'ion chlorure est composé de 17 protons (+17e) et de 18 électrons (-18e).

charge totale de l'ion = +17e – 18e = -1e.

On notera l'ion chlorure : Cl

 

Exemple des ions calcium  (Z=20) :

L'atome de calcium (Z=20) est constitué de 20 protons et de 20 électrons.

L’ion calcium est un atome de calcium qui a perdu 2 électrons:

On le note Ca2+.

 

b) Les ions polyatomiques

Ils sont formés par un groupement de plusieurs atomes.

La charge positive ou négative s’applique à l’ensemble des atomes du groupe.

Exemple d’ion polyatomique :    ion sulfate             SO4 2-

Ion sulfateL’ion sulfate est composé de : 1 atome de soufre et 4 atomes d’oxygène. L’ensemble porte la charge électrique 2-.

L'ion sulfate est un groupement d'atomes qui a gagné 2 électrons.

 

 

II – Tests de reconnaissance de quelques ions

Pour mettre en évidence la présence d’ions dans des solutions, on réalise des réactions de précipitation.

Remarque : on appelle "précipité" un solide qui apparaît dans un liquide homogène.

 

III – Le pH

1) Mesure du pH

Le pH (potentiel Hydrogène) est la mesure de l’acidité d'une solution

  • Il se mesure à l'aide d’un pH-mètre ou d'un papier indicateur de pH.
  • Il n'a pas d'unité.

Expérience :

  • On mesure le pH de quelques solutions à l’aide du pH-mètre.
  • On trouve les résultats suivants :
Solutions Eau pure Soude Acide chlorhydrique Vinaigre Eau de Javel
pH 7 14 1 3 12

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.

2) Interprétation du pH

  • Toutes les solutions aqueuses contiennent des molécules d’eau, des ions hydrogène H+ et des ions hydroxyde OH.
  • Une solution dont le pH est égal à 7 (neutre) contient autant d’ions H+ que d’ions OH.
  • Une solution acide, comme l’acide chlorhydrique (H+, Cl-) , a un pH inférieur à 7 car elle contient davantage d’ions H+ que d’ions OH.
  • Ce sont les ions H+ qui sont responsables de l’acidité.
  • Une solution basique, comme la soude (Na+, OH-), a un pH supérieur à 7 car elle contient davantage d’ions OH que d’ions H+.
  • Ce sont les ions OH qui sont responsables de la basicité.

 

3) Effet de la dilution sur le pH

Expérience 1 :

On dilue progressivement une solution acide avec de l’eau distillée en mesurant le pH de la solution obtenue.

Observation :

On constate que le pH de la solution augmente et se rapproche de 7 . La solution devient moins acide.

La concentration en ions hydrogène diminue.

Expérience 2 :

On dilue progressivement une solution basique avec de l’eau distillée en mesurant le pH de la solution obtenue.

Observation :

On constate que le pH de la solution diminue et se rapproche de 7 . La solution devient moins basique.

La concentration en ions hydroxyde diminue.

Danger des produits concentrés

Les produits acides ou basiques sont dangereux car ils provoquent des brûlures graves de la peau et des yeux. Il est souvent  nécessaire de les diluer pour les utiliser.

Pour se protéger, il faut porter une blouse, des lunettes de protection et des gants.

IV – Les réactions acido-basiques

Expérience : Réaction entre l’acide chlorhydrique et la soude

On mélange de la soude à de l’acide chlorhydrique tout en mesurant la température du mélange. Mesurons aussi le pH de la solution avant et après le mélange.

Observations :

Si on mélange de la soude (Na+, OH) à de l’acide chlorhydrique (H+, Cl), on observe que la température du mélange augmente.

La réaction chimique qui a lieu dégage de la chaleur.

De plus, le pH de la solution diminue.

Interprétation :

Comme le pH augmente, les ions H+ disparaissent. Ce sont donc des réactifs de la réaction chimique.

Les ions H+ réagissent avec les ions OHde la soude pour former des molécules d'eau.

Le bilan de la réaction chimique est alors :

acide chlorhydrique + soude → eau

L’équation de la réaction est :

H+  +  OH  → H2O

Les ions Na+ de la soude et Cl de l’acide chlorhydrique ne participent pas à la réaction, on dit que ce sont des ions spectateurs.

Conclusion :

Lors de la réaction entre l’acide chlorhydrique et la soude, l’ion hydrogène de l’acide réagit avec l’ion hydroxyde de la base pour former de l'eau .

Cette réaction chimique dégage de la chaleur (énergie thermique).


ATTENTION !!!! Il faut éviter de mélanger des solutions acides et des solutions basiques :

  • On ne mélange pas une solution acide concentrée avec une solution basique concentrée car le dégagement de chaleur est intense et des projections très corrosives peuvent avoir lieu.
  • On ne verse pas d’eau directement dans une solution acide ou basique concentrée car des projections très corrosives peuvent avoir lieu.
  • On ne mélange pas une solution acide (comme du détartrant WC) avec de l’eau de Javel, car un gaz très toxique (le dichlore) peut se dégager.

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