Molécules et ions : exercices corrigés de 2de

Une molécule $\mathrm{CH_4}$ contient 1 atome de carbone et 4 atomes d'hydrogène, soit $1+4=5$ atomes.

Une molécule $\mathrm{O_2}$ contient 2 atomes d'oxygène.

Les 2 molécules de méthane apportent $2\times 5=10$ atomes.

Les 3 molécules de dioxygène apportent $3\times 2=6$ atomes.

Au total : $10+6=16$ atomes.

Une espèce sans charge et formée de plusieurs atomes est une molécule : $\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{O_2}$ et $\mathrm{CH_4}$ sont neutres et contiennent plus d'un atome.

Une espèce chargée formée d'un seul atome est un ion monoatomique : $\mathrm{Na^+}$ (cation) et $\mathrm{Cl^-}$ (anion).

Une espèce chargée formée de plusieurs atomes est un ion polyatomique : $\mathrm{NH_4^+}$ contient un atome d'azote et quatre atomes d'hydrogène, avec une charge globale $+1$.

On vérifie qu'aucune espèce n'est classée deux fois : 3 molécules, 2 ions monoatomiques, 1 ion polyatomique.

L'atome neutre possède $Z=11$ électrons, répartis ainsi : $2+8+1$.

En perdant l'électron de la couche M, la configuration devient $\mathrm{K^2L^8}$, celle d'un gaz noble, stable.

Le noyau garde ses 11 protons, donc il reste $11-1=10$ électrons.

La charge est bien $+11-10=+1$ : l'ion s'écrit $\mathrm{Na^+}$.

Atome neutre : 12 électrons. Ion : 10 électrons. Il y en a moins après, donc le magnésium perd des électrons.

Nombre d'électrons perdus : $12-10=2$.

Le noyau garde 12 protons (charge $+12$) et il reste 10 électrons (charge $-10$) : la charge totale est $+12-10=+2$.

L'ion est un cation de formule $\mathrm{Mg^{2+}}$.

La couche L contient 6 électrons et peut en accueillir 8 : il en manque $8-6=2$.

L'atome gagne 2 électrons, donc l'ion est un anion de charge $2-$ : $\mathrm{O^{2-}}$.

Le nombre d'électrons de l'ion vaut $8+2=10$.

Contrôle de la charge : $+8$ (protons) $-10$ (électrons) $=-2$, ce qui est cohérent.

Électrons de valence : $6+2\times 1=8$.

Un doublet contient 2 électrons : $8\div 2=4$ doublets.

Chaque hydrogène est relié à l'oxygène par un doublet liant : il y a donc 2 doublets liants.

Il reste $4-2=2$ doublets non liants, placés sur l'oxygène.

Vérification : l'oxygène est entouré de $2\times 2+2\times 2=8$ électrons et chaque hydrogène de 2 électrons, ce qui complète leur couche externe.

Électrons de valence : $5+3\times 1=8$.

Nombre de doublets : $8\div 2=4$.

Trois atomes d'hydrogène, donc 3 doublets liants N–H.

Doublets non liants : $4-3=1$, placé sur l'atome d'azote.

Vérification : l'azote est entouré de $3\times 2+2=8$ électrons, chaque hydrogène de 2.

Somme des électrons de valence des atomes : $5+4\times 1=9$.

L'ion porte une charge $+$, donc un électron manque : $9-1=8$ électrons de valence.

Nombre de doublets : $8\div 2=4$.

Les 4 atomes d'hydrogène sont chacun liés à l'azote : les 4 doublets sont tous liants et il n'y a plus de doublet non liant.

Par rapport à $\mathrm{NH_3}$, qui a 3 liaisons et 1 doublet non liant, l'ammonium a 4 liaisons : le doublet non liant est devenu liant, et la charge $+$ est portée de façon formelle par l'azote.