Transfert d'électrons
La liaison ionique se forme lorsqu'un métal cède un ou plusieurs électrons à un non-métal. Ce transfert crée deux ions de charges opposées qui s'attirent électrostatiquement.
- Le métal perd ses électrons de valence → cation (charge positive).
- Le non-métal gagne des électrons → anion (charge négative).
Exemple emblématique : la formation du chlorure de sodium ([NaCl](/compound/sodium-chloride)) :
Na(g) → Na⁺(g) + e⁻ (énergie d'ionisation EI₁ = 496 kJ/mol)
Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g) (affinité électronique AE = −349 kJ/mol)
Le bilan net gazeux est endothermique (+147 kJ/mol). C'est la formation du réseau cristallin qui rend la réaction globalement exothermique.
Réseau cristallin ionique
Les ions ne restent pas isolés : ils s'organisent en un réseau cristallin tridimensionnel où chaque cation est entouré d'anions et vice versa. Dans NaCl, chaque Na⁺ est entouré de 6 Cl⁻ (coordinence 6). Ce réseau libère une énergie considérable : l'énergie réticulaire U.
L'énergie réticulaire peut être estimée par le cycle de Born-Haber :
ΔH°f(NaCl) = EI₁(Na) + AE(Cl) + ΔH°sub(Na) + (1/2)ΔH°diss(Cl₂) + U
Qualitativement : U est d'autant plus grande (en valeur absolue) que les charges ioniques sont élevées et que les ions sont petits (distances interiomques courtes). C'est pourquoi MgO (Mg²⁺/O²⁻, charges +2/−2) a une énergie réticulaire bien plus élevée que NaCl (+1/−1) et un point de fusion beaucoup plus élevé (2852 °C vs 801 °C).
Propriétés des composés ioniques
| Propriété | Explication |
|---|---|
| Solide cristallin à température ambiante | Réseau rigide d'ions liés électrostatiquement |
| Point de fusion élevé | Il faut fournir beaucoup d'énergie pour rompre le réseau |
| Conducteur en solution ou à l'état fondu | Les ions se déplacent librement |
| Isolant à l'état solide | Les ions sont fixes dans le réseau |
| Soluble dans l'eau (souvent) | L'eau polaire stabilise les ions en solution (solvatation) |
Formule ionique et neutralité électrique
La formule d'un composé ionique est toujours neutre électriquement. Pour écrire CaCl₂ :
La règle : multiplier chaque ion par la charge de l'autre (en valeur absolue) pour équilibrer. Pour Al₂O₃ : Al³⁺ et O²⁻ → 2 Al³⁺ + 3 O²⁻.