Que sont les ions polyatomiques ?

Un groupe d’atomes chargé

À l’intérieur d’un ion polyatomique, les atomes sont maintenus ensemble par des liaisons covalentes, le même type de liaison qui maintient une molécule d’eau. Le groupe dans son ensemble a plus ou moins d’électrons que de protons : il porte donc une charge nette. La charge appartient à l’ion entier, et non à un seul atome, c’est pourquoi elle s’écrit en haut à droite de la formule complète, comme dans SO₄²⁻. Les ions formés d’un seul atome, comme Na⁺ et Cl⁻, sont appelés ions monoatomiques.

Dans un composé, un ion polyatomique se comporte comme un seul ion. Dans le nitrate de sodium, NaNO₃, l’ion sodium (Na⁺) et l’ion nitrate (NO₃⁻) forment un composé ionique, et lorsque le sel se dissout dans l’eau, chaque ion nitrate reste uni comme une seule unité.

Ions polyatomiques courants et leurs charges

Parmi les ions de charge −1 figurent l’hydroxyde (OH⁻), le nitrate (NO₃⁻), le nitrite (NO₂⁻), l’hydrogénocarbonate ou bicarbonate (HCO₃⁻), l’acétate (CH₃COO⁻), le permanganate (MnO₄⁻), le cyanure (CN⁻), le chlorate (ClO₃⁻) et le perchlorate (ClO₄⁻).

Parmi les ions de charge −2 figurent le carbonate (CO₃²⁻), le sulfate (SO₄²⁻), le sulfite (SO₃²⁻), le chromate (CrO₄²⁻), le dichromate (Cr₂O₇²⁻) et le peroxyde (O₂²⁻). Le phosphate (PO₄³⁻) est l’ion −3 le plus courant. Les deux ions positifs que vous rencontrerez le plus souvent sont l’ammonium (NH₄⁺) et l’hydronium (H₃O⁺), tous deux +1.

Remarquez que l’hydroxyde, le cyanure et le peroxyde ont des noms en -ure ou -yde alors qu’ils contiennent plus d’un atome. La plupart des noms en -ure ou -yde correspondent à des ions monoatomiques comme le chlorure (Cl⁻) et l’oxyde (O²⁻) ; ces cas valent donc la peine d’être mémorisés comme exceptions.

Le schéma -ate et -ite

Beaucoup d’ions polyatomiques sont des oxyanions : un élément combiné à de l’oxygène. Lorsqu’un élément forme deux de ces ions de même charge, celui qui a le plus d’atomes d’oxygène se termine en -ate et celui qui a un atome d’oxygène de moins se termine en -ite. Le nitrate est NO₃⁻ et le nitrite est NO₂⁻ ; le sulfate est SO₄²⁻ et le sulfite est SO₃²⁻. La charge reste la même ; seul change le nombre d’atomes d’oxygène.

Le chlore forme une série de quatre, ce qui ajoute deux préfixes. Per- signifie un oxygène de plus que l’ion en -ate, et hypo- un oxygène de moins que l’ion en -ite : perchlorate (ClO₄⁻), chlorate (ClO₃⁻), chlorite (ClO₂⁻) et hypochlorite (ClO⁻), l’ion de l’eau de Javel domestique. Le brome et l’iode suivent le même schéma, comme dans le bromate (BrO₃⁻), l’iodate (IO₃⁻) et le periodate (IO₄⁻).

Ajouter de l’hydrogène

Ajouter un ion hydrogène (H⁺) à un ion polyatomique négatif donne un nouvel ion dont la charge est moins négative d’une unité. Le carbonate (CO₃²⁻) devient l’hydrogénocarbonate (HCO₃⁻), aussi appelé bicarbonate, et le sulfate (SO₄²⁻) devient l’hydrogénosulfate (HSO₄⁻). Le phosphate peut en prendre un ou deux : PO₄³⁻ devient l’hydrogénophosphate (HPO₄²⁻) puis le dihydrogénophosphate (H₂PO₄⁻).

Le bicarbonate de soude est l’hydrogénocarbonate de sodium, NaHCO₃ : un Na⁺ équilibre un HCO₃⁻.

Écrire des formules avec des ions polyatomiques

Pour écrire la formule d’un composé ionique, combinez les ions de façon que la charge totale soit nulle et écrivez d’abord l’ion positif. Lorsque vous avez besoin de plus d’un ion polyatomique, placez-le entre parenthèses et écrivez le nombre après. Ne changez jamais les indices à l’intérieur de l’ion, car cela donnerait un autre ion.

Hydroxyde de sodium : Na⁺ et OH⁻ s’équilibrent 1:1, la formule est donc NaOH. Nitrate de calcium : Ca²⁺ a besoin de deux ions NO₃⁻, c’est donc Ca(NO₃)₂. Sulfate d’ammonium : deux ions NH₄⁺ équilibrent un SO₄²⁻, ce qui donne (NH₄)₂SO₄. Sulfate d’aluminium : deux ions Al³⁺ (total +6) équilibrent trois ions SO₄²⁻ (total −6), ce qui donne Al₂(SO₄)₃.

Pour nommer un composé, nommez l’ion négatif puis l’ion positif, avec « de » entre les deux. CaCO₃ est le carbonate de calcium, le composé principal de la craie et du calcaire, et KMnO₄ est le permanganate de potassium.