Introduction : les ions et les cristaux ioniques
L’existence des états cristallins et amorphes ainsi que la notion de transition allotropique, présentées au premier semestre dans la partie « Transformations de la matière », vont être réinvesties et approfondies dans cette partie. Les éléments de description microscopique relatifs au « modèle du cristal parfait » sont introduits lors de l’étude des solides sur l’exemple de la maille cubique faces centrées (CFC), seule maille dont la connaissance est exigible.
Cet ensemble d’outils descriptifs sera réinvesti pour étudier d’autres structures cristallines dont la constitution sera alors fournie à l’étudiant. Aucune connaissance de mode de cristallisation pour une espèce donnée n’est exigible ; le professeur est libre de choisir les exemples de solides pertinents pour présenter les différents types de cristaux et montrer leur adéquation, plus ou moins bonne, avec le modèle utilisé.
En effet, l’objectif principal de l’étude des cristaux métalliques, covalents et ioniques est d’aborder une nouvelle fois la notion de modèle : les allers-retours entre le niveau macroscopique (solides de différentes natures) et la modélisation microscopique (cristal parfait) permettent de montrer les limites du modèle du cristal parfait et de confronter les prédictions faites avec ce modèle aux valeurs expérimentales mesurées sur le solide réel (rayons ioniques, masse volumique).
Ce chapitre constitue une occasion de revenir sur les positions relatives des éléments dans la classification périodique, en lien avec la nature des interactions assurant la cohésion des édifices présentés, ainsi que sur les interactions intermoléculaires et la notion de solubilisation pour les solides ioniques et moléculaires. À travers les contenus et les capacités exigibles, sont développées des compétences qui pourront être, par la suite, valorisées, consolidées ou réinvesties, parmi lesquelles :
- Relier la position d’un élément dans le tableau périodique et la nature des interactions des entités correspondantes dans un solide ;
- Effectuer des liens entre différents champs de connaissance ;
- Appréhender la notion de limite d’un modèle.
Histoire de la découverte de l'ion
C'est Michael Faraday en 1834 qui énonce pour la première fois le nom d'ion. Au départ, pour lui, ce sont les éléments chimiques responsables de la conductivité électrique au sein des solutions.
Dans des recherches plus poussées en 1853, un physicien et chimiste allemand, Johan Wihelm Hittorf, commence à remarquer que les ions migrent plus ou moins vite vers les électrodes. Il donne alors aux ions un "nombre de transfert".
Le lithium (Li) perd un électron il devient l'ion de lithium (Li+). Un autre exemple, le fluor (F) gagne un électron, il devient l'ion de fluor (F-). Si un atome perd 2 électrons, imaginons que cette atome soit l'hydrogène (H), il devient l'ion d'hydrogène (H+2).