Chapitre 7 – Molécules, ions et classification périodique
Thème 1 : Constitution et transformations de la matière | Physique-Chimie | Seconde générale et technologique
Dernière mise à jour : 22 juin 2026, 17:00
Objectifs du chapitre :
Distinguer cation et anion, et prévoir la formation d'un ion monoatomique stable ;
Décrire une molécule (liaison covalente, mise en commun d'électrons) et lire sa formule brute ;
Décrire l'organisation de la classification périodique (lignes, colonnes) ;
Reconnaître quelques familles (alcalins, halogènes, gaz nobles) et leurs propriétés.
Situation d'introduction
Le sel de table est fait d'ions sodium \(Na^+\) et chlorure \(Cl^-\) ; l'eau, de molécules. Pourquoi certains atomes forment-ils des ions et d'autres des molécules ? Et pourquoi le sodium et le potassium, rangés dans la même colonne du tableau périodique, se comportent-ils de façon si semblable ? Tout découle de la quête de stabilité (règles du duet et de l'octet) vue au chapitre précédent.
1. Les ions monoatomiques
Définition
Un ion monoatomique est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons pour atteindre la stabilité (duet ou octet) :
un cation (charge \(+\)) provient d'une perte d'électrons ;
un anion (charge \(-\)) provient d'un gain d'électrons.
Le noyau ne change pas : seuls les électrons sont concernés.
Méthode — prévoir l'ion formé par un atome
Écrire la configuration électronique de l'atome et compter ses électrons de couche externe.
Si elle est presque vide (1, 2 ou 3 e⁻ externes) → l'atome perd ces électrons et forme un cation.
Si elle est presque pleine (6 ou 7 e⁻ externes) → l'atome gagne des électrons pour compléter l'octet et forme un anion.
La charge de l'ion = nombre d'électrons gagnés (\(-\)) ou perdus (\(+\)).
Exemple travaillé. Le sodium \(Na\) \((K)^2(L)^8(M)^1\) a 1 électron externe : il le perd pour retrouver la structure du néon \((K)^2(L)^8\), formant le cation \(Na^+\).
Le chlore \(Cl\) \((K)^2(L)^8(M)^7\) a 7 électrons externes : il gagne 1 électron pour compléter l'octet, formant l'anion \(Cl^-\).
Mini-exercice 1. Quel ion stable forme le magnésium \(Mg\) \((K)^2(L)^8(M)^2\) ?
Il a 2 électrons externes : il les perd → \(Mg^{2+}\), qui possède alors l'octet sur la couche L (comme le néon).
2. Les molécules
Définition
Une molécule est un assemblage d'atomes liés par des liaisons covalentes. Une liaison covalente est la mise en commun de deux électrons entre deux atomes, ce qui leur permet à chacun de respecter le duet ou l'octet.
Formule brute
La formule brute d'une molécule indique la nature des atomes (symboles) et leur nombre (indices) : par exemple \(H_2O\) (2 H et 1 O), \(CO_2\) (1 C et 2 O), \(CH_4\) (1 C et 4 H).
Méthode — lire une formule brute
Repérer chaque symbole d'élément présent.
Lire l'indice en bas à droite de chaque symbole : c'est le nombre d'atomes (pas d'indice = 1 atome).
Additionner pour obtenir le nombre total d'atomes.
Exemple travaillé. Le dioxyde de carbone \(CO_2\) contient 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène, soit 3 atomes au total, formés de 2 éléments différents (C et O).
Mini-exercice 2. Combien d'atomes, et de quels éléments, dans une molécule de méthane \(CH_4\) ?
5 atomes au total : 1 carbone et 4 hydrogènes (2 éléments).
3. La classification périodique
Organisation
Les éléments sont classés par \(Z\) croissant.
Une ligne (période) correspond au remplissage d'une couche électronique.
Une colonne (famille) regroupe les éléments ayant le même nombre d'électrons sur la couche externe → ils ont des propriétés chimiques voisines.
Quelques familles
Alcalins (1 e⁻ externe, 1re colonne) : Li, Na, K — très réactifs, forment des ions \(+\) (\(Li^+\), \(Na^+\), \(K^+\)).
Gaz nobles (8 e⁻ externes, ou 2 pour He, dernière colonne) : He, Ne, Ar — très stables, quasi inertes.
Méthode — utiliser la classification pour prévoir un comportement
Localiser l'élément : sa colonne donne le nombre d'électrons externes, donc sa famille.
Les éléments d'une même colonne ont des propriétés voisines et forment des ions de même charge.
En déduire l'ion probable (cation pour les premières colonnes, anion pour les colonnes de droite).
Exemple travaillé. Le brome \(Br\) est dans la même colonne que le chlore \(Cl\) (les halogènes) : il a 7 électrons externes comme lui. Il forme donc, comme le chlore, un ion de charge \(-1\) : l'ion bromure \(Br^-\).
Mini-exercice 3. Le potassium est dans la même colonne que le sodium. Quel ion forme-t-il, et pourquoi ?
\(K^+\) : étant dans la même colonne que le sodium, il a le même nombre d'électrons externes (1). Il perd cet électron et forme un ion de charge \(+1\), comme \(Na^+\).
4. Applications
Autour de nous.
Sel et eau de mer : ions \(Na^+\) et \(Cl^-\) ; l'eau de mer contient aussi \(Mg^{2+}\), \(Ca^{2+}\).
Boissons et organisme : les ions \(Na^+\), \(K^+\), \(Ca^{2+}\) sont indispensables au fonctionnement des cellules et des muscles.
Molécules du quotidien : eau \(H_2O\), dioxyde de carbone \(CO_2\), dioxygène \(O_2\), glucose, etc.
Histoire des sciences : la classification de Mendeleïev (1869) a permis de prévoir des éléments encore inconnus à l'époque.
Erreurs fréquentes
❌ Croire qu'un ion a gagné/perdu des protons → ✅ ce sont des électrons (le noyau ne change pas).
❌ Mettre un \(+\) à un anion ou un \(-\) à un cation → ✅ perte d'électrons = \(+\) (cation), gain = \(-\) (anion).
❌ Confondre ligne et colonne → ✅ la colonne regroupe les familles aux propriétés voisines.
❌ Modifier un indice dans une formule pour « équilibrer » une charge → ✅ la formule d'une molécule est fixe.
À retenir
Cation (\(+\)) = perte d'électrons ; anion (\(-\)) = gain d'électrons ; pour atteindre le duet ou l'octet.
Molécule = atomes liés par liaisons covalentes ; la formule brute donne nature et nombre d'atomes.
Classification : éléments rangés par \(Z\) croissant ; les colonnes = familles (mêmes électrons externes, mêmes propriétés).