Chapitre 7 – Structure de la matière | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 30 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 13:10
Yanis fait ses courses et observe l'étiquette d'une bouteille d'eau minérale. Il y voit une liste de symboles avec des « + » et des « − » : Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃⁻… Il se demande ce que cela signifie et ce que cette eau apporte à son organisme.
En perdant 1 électron, l'atome de sodium (11 protons, 11 électrons, neutre) devient l'ion Na⁺ : il reste 11 protons mais seulement 10 électrons, d'où une charge globale de +1.
| Ion | Symbole | Concentration (mg/L) |
|---|---|---|
| Calcium | Ca²⁺ | 80 |
| Magnésium | Mg²⁺ | 26 |
| Sodium | Na⁺ | 6 |
| Potassium | K⁺ | 1 |
| Hydrogénocarbonate | HCO₃⁻ | 360 |
| Chlorure | Cl⁻ | 14 |
| Sulfate | SO₄²⁻ | 12 |
À l'aide du rappel de leçon, explique avec tes mots ce qu'est un ion. Comment se forme-t-il à partir d'un atome ?
Un ion est un atome (ou un groupe d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Comme le nombre d'électrons n'est plus égal au nombre de protons, l'ion porte une charge électrique (positive ou négative) : il n'est plus neutre comme l'atome de départ.
À l'aide du Document 2, classe les sept espèces de l'étiquette en deux groupes : les cations (charge +) et les anions (charge −).
Cations (charge +) : Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ (4 cations).
Anions (charge −) : HCO₃⁻, Cl⁻, SO₄²⁻ (3 anions).
On reconnaît un cation au signe « + » en exposant et un anion au signe « − ».
Donne le nom des ions suivants : Ca²⁺, Cl⁻ et HCO₃⁻.
Ca²⁺ : ion calcium.
Cl⁻ : ion chlorure.
HCO₃⁻ : ion hydrogénocarbonate.
À partir du Document 1, explique en quelques phrases comment se forme l'ion Na⁺. Précise le nombre de protons et d'électrons de l'ion, et justifie sa charge.
L'atome de sodium possède 11 protons (+) et 11 électrons (−) : il est neutre. En perdant 1 électron, il ne lui reste plus que 10 électrons, alors qu'il garde ses 11 protons. Il y a donc une charge positive de plus que de charges négatives : la charge globale est +1. On obtient l'ion sodium Na⁺ (un cation).
À l'aide du Document 2, repère l'ion le plus concentré dans cette eau. Donne son nom et sa concentration.
L'ion le plus concentré est l'ion hydrogénocarbonate HCO₃⁻, à 360 mg/L. C'est de loin la valeur la plus élevée du tableau (viennent ensuite le calcium Ca²⁺ à 80 mg/L, puis le magnésium Mg²⁺ à 26 mg/L).
Une eau riche en ions Ca²⁺ et Mg²⁺ est dite « minéralisée ». Quel intérêt cette eau présente-t-elle pour la santé ?
Une eau minéralisée (riche en Ca²⁺ et Mg²⁺) apporte du calcium et du magnésium, deux minéraux utiles à l'organisme. Le calcium participe à la solidité des os et des dents ; le magnésium intervient notamment dans le fonctionnement des muscles. Boire ce type d'eau contribue à couvrir nos besoins quotidiens en minéraux.
Pourquoi une eau minérale, bien qu'elle contienne beaucoup d'ions chargés, reste-t-elle globalement neutre ? Explique avec l'idée d'équilibre des charges.
L'eau contient à la fois des cations (charges +) et des anions (charges −). À l'échelle de l'eau entière, il y a autant de charges positives que de charges négatives : elles se compensent exactement. C'est la neutralité électrique de la solution. Une eau ne peut pas contenir uniquement des charges + ou uniquement des charges − : les cations et les anions vont toujours ensemble.
Rédige un court avis (3 à 4 phrases) pour Yanis : décris ce que contient cette eau (types d'ions, ions principaux) et dis ce qu'elle apporte. Utilise les mots cation, anion et minéralisée.
Avis sur l'eau minérale
Cette eau contient des ions dissous : des cations (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) et des anions (HCO₃⁻, Cl⁻, SO₄²⁻). L'ion le plus présent est l'hydrogénocarbonate (360 mg/L), et elle apporte aussi du calcium (80 mg/L). C'est donc une eau plutôt minéralisée, intéressante pour l'apport en calcium et magnésium. L'ensemble reste électriquement neutre car les charges + et − se compensent.
Une autre bouteille indique une eau « peu minéralisée » avec seulement Ca²⁺ : 12 mg/L et Mg²⁺ : 2 mg/L. Compare-la à l'eau du Document 2 : laquelle apporte le plus de calcium ? Pour qui une eau peu minéralisée peut-elle être recommandée ?
L'eau du Document 2 apporte beaucoup plus de calcium (80 mg/L) que l'eau peu minéralisée (12 mg/L), soit environ 7 fois plus. Une eau peu minéralisée est souvent recommandée pour la préparation des biberons des nourrissons ou pour les personnes devant limiter leur apport en minéraux : les reins du bébé filtrent moins facilement une eau très chargée.
Réponse à la problématique : l'étiquette d'une eau minérale liste les ions dissous : des cations (charge +, comme Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺) et des anions (charge −, comme HCO₃⁻, Cl⁻, SO₄²⁻). Elle indique leurs concentrations en mg/L et renseigne donc sur la minéralisation de l'eau.
📚 Cette activité s'appuie sur la leçon Ch07 « Structure de la matière », § 3 — Les ions (cations, anions, gain/perte d'électrons).
Source : composition type d'une eau minérale de source (valeurs réalistes, en mg/L), telles qu'on les trouve sur les étiquettes des bouteilles d'eau.