Tableau périodique avec les charges

Qu’est-ce que la charge d’un ion ?

Un atome est neutre parce qu’il a autant de protons que d’électrons. Lorsqu’il perd des électrons, il devient un ion positif (un cation), et lorsqu’il en gagne, il devient un ion négatif (un anion). La charge correspond au nombre d’électrons perdus ou gagnés : un atome de sodium qui perd un électron devient Na⁺, de charge +1, et un atome de chlore qui en gagne un devient Cl⁻, de charge −1.

Les atomes perdent ou gagnent généralement juste assez d’électrons pour atteindre la même configuration électronique que le gaz noble le plus proche. Cette couche externe pleine est particulièrement stable, ce qui explique pourquoi les charges suivent de si près le numéro du groupe.

Comment trouver la charge à partir du groupe

Pour les éléments des groupes principaux, le groupe donne la charge. Les métaux du groupe 1 forment des ions +1, les métaux du groupe 2 forment des ions +2 et l’aluminium du groupe 13 forme +3. Du côté droit du tableau, la logique s’inverse pour les non-métaux et les métalloïdes : ceux du groupe 15 prennent −3, ceux du groupe 16 prennent −2 et les halogènes du groupe 17 prennent −1, car gagner trois, deux ou un électron complète leur couche externe. Les métaux situés plus bas dans ces groupes, comme le bismuth (+3, +5), forment plutôt des ions positifs. Le groupe 18 est indiqué par 0, puisque les gaz nobles ont déjà une couche pleine.

Le carbone, le silicium et le germanium du groupe 14 sont indiqués par ±4, et le bore par +3, les charges qui découlent de leur groupe. En pratique, ces éléments, comme beaucoup de non-métaux, partagent généralement des électrons dans des liaisons covalentes au lieu de former des ions simples. L’hydrogène est indiqué avec deux charges : +1, comme dans les acides, et −1 dans les hydrures métalliques tels que l’hydrure de sodium (NaH).

Métaux de transition et autres exceptions

Les métaux de transition ne suivent pas de règle simple liée au groupe. Ils perdent d’abord leurs électrons s externes, puis peuvent aussi perdre certains électrons d, de sorte que beaucoup d’entre eux forment plus d’un ion. Le fer est indiqué par +2, +3 et le cuivre par +1, +2, tandis que l’étain et le plomb, deux métaux pauvres, sont indiqués par +2, +4. Le zinc (+2) et l’argent (+1) sont des exceptions utiles, avec une seule charge courante. Lorsqu’un métal a plus d’une charge, celle-ci figure dans le nom sous forme de chiffre romain : le chlorure de fer(II) est FeCl₂ et le chlorure de fer(III) est FeCl₃.

Pour les éléments superlourds, du meitnérium (109) à l’oganesson (118), on n’a jamais produit que quelques atomes, si bien que leurs charges sont inconnues et apparaissent sous forme de tiret. Les charges ne sont pas la même chose que les états d’oxydation, qui couvrent aussi les composés covalents ; la vue des états d’oxydation les répertorie.

Exemple résolu : l’oxyde d’aluminium

L’aluminium se trouve dans le groupe 13 et est indiqué par +3. L’oxygène se trouve dans le groupe 16 et est indiqué par −2. Dans un composé ionique, les charges positives et négatives doivent s’annuler, et les plus petits nombres d’ions qui y parviennent sont deux ions aluminium et trois ions oxyde : 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0. La formule de l’oxyde d’aluminium est donc Al₂O₃. La même méthode fonctionne pour n’importe quelle paire d’ions, comme le magnésium (+2) et le chlore (−1), qui donnent MgCl₂.