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Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Ion

Ion

En physique et en chimie, un ion est un atome ou une molécule qui n'a pas de charge électrique neutre. Un ion avec une charge électrique positive est appelé cation, et un ion avec une charge électrique négative est un anion.

Le processus d'obtention ou de perte d'électrons (par rapport à l'atome ou à la molécule neutre) est appelé ionisation. Les cations et les anions sont généralement représentés avec le symbole d'atome correspondant et le symbole "+" ou "-", respectivement. Si le nombre d'électrons gagnés ou perdus est supérieur à un, cela est également indiqué.

Les cations et les anions sont attirés par la cathode et l'anode, respectivement.

Michael Faraday fut le premier à proposer l'existence d'ions, en 1830, mais ce fut Arrhenius qui développa la théorie correspondante en 1884. Cela lui valut le prix Nobel de chimie en 1903.

Terminologie

Le phénomène qui suit un atome perd ou gagne un ou plusieurs électrons est appelé ionisation. En physique, les atomes totalement ionisés, tels que ceux de particules alpha, sont communément appelés particules chargées. L'ionisation est généralement effectuée en appliquant une énergie élevée aux atomes, sous forme de potentiel électrique ou de rayonnement. Un gaz ionisé est appelé plasma.

Les ions chargés négativement sont appelés anions (qui sont attirés par les anodes) et les ions chargés positivement sont appelés cations (et sont attirés par les cathodes). Les ions sont divisés en monoatomique et polyatomomique.

Énergie d'ionisation

Pour les atomes individuels dans le vide, une constante physique est associée au processus d'ionisation. L'énergie nécessaire pour éliminer les électrons d'un atome est appelée énergie d'ionisation ou potentiel d'ionisation. Ces termes sont également utilisés pour décrire l'ionisation de molécules et de solides, mais les valeurs ne sont pas constantes, car l'ionisation est influencée par les liaisons chimiques locales, la géométrie et la température.

L'énergie d'ionisation diminue le long d'un groupe de tableaux périodiques et augmente de gauche à droite tout au long de la période. Ces tendances sont exactement opposées à celles du rayon atomique, ceci parce que, puisque le but d'un atome est de former un octet (grâce aux électrons de valence), il se déplace alors davantage vers les groupes à droite du tableau périodique (vers les "gaz nobles" "), nous trouvons des atomes avec une valeur énergétique d'ionisation élevée.

C'est ce qu'on appelle la première énergie d'ionisation, l'énergie nécessaire pour éliminer un électron, la seconde énergie d'ionisation nécessaire pour éliminer deux électrons, etc. Les énergies d'ionisation ultérieures sont toujours nettement supérieures aux précédentes. C'est pourquoi les ions ont tendance à se former de certaines manières. Par exemple, le sodium se trouve sous forme de Na +, mais généralement pas sous forme de Na 2+, en raison de la forte énergie de seconde ionisation requise, qui est beaucoup plus élevée que la première énergie de ionisation. De même, le magnésium se trouve sous forme de Mg 2+ et non de Mg 3+, et l'aluminium existe sous forme de cation 3+.

En règle générale, les potentiels d'ionisation diminuent de haut en bas et augmentent de gauche à droite dans le tableau périodique. Cette tendance est l'inverse de celle constatée pour le rayon atomique. En effet, dans les petits atomes, les électrons sont plus fortement attirés par le noyau et il y a plus d'énergie pour les démarrer.

Le premier potentiel d'ionisation est ce qui est nécessaire pour démarrer le premier électron d'un atome neutre; le second potentiel est celui qui est nécessaire pour démarrer deux électrons, et ainsi de suite. Les potentiels d'ionisation augmentent progressivement. Généralement, il y a un saut d'énergie considérable à un moment donné de la série. Cela fait que chaque atome tend à former un certain type de cation.

Rayonnement ionisant

Les rayonnements ionisants sont ceux dont la fréquence est suffisamment grande pour ioniser les atomes ou les molécules des substances exposées. Ce type de rayonnement est capable de modifier la structure chimique des substances sur lesquelles elles agissent et peut avoir des effets biologiques à long terme sur les êtres vivants.

Un exemple de rayonnement ionisant serait la modification de l'ADN des cellules, ces mutations de l'ADN pouvant entraîner un cancer. Les rayons X et le rayonnement gamma seraient deux exemples de rayonnement électromagnétique hautement ionisant.

Rayonnement non ionisant

Les rayonnements non ionisants sont ceux qui n'ont pas une fréquence suffisante pour provoquer l'ionisation des matériaux exposés. Comme exemple de rayonnement non ionisant, on peut citer les ondes micro-ondes ou radio.

Ce type de rayonnement n'a pas assez d'énergie pour provoquer directement des mutations de l'ADN et, par conséquent, ne peut probablement pas initier la carcinogenèse, mais pourrait être un promoteur. On parle aujourd'hui de pollution électromagnétique pour faire référence à l'exposition d'êtres vivants ou d'appareils à un champ électromagnétique et on discute des effets de cette exposition sur la santé ou la fertilité.

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Dernier examen: 29 août 2019