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Vidéo de question : Expliquer pourquoi un ion oxygène a un rayon plus grand qu’un ion sodium Chimie

Laquelle des affirmations suivantes explique le mieux pourquoi un ion oxygène (O²⁻) a un rayon ionique plus grand qu’un ion sodium (Na⁺) ? [A] Un ion oxygène gagne des électrons et forme un ion chargé négativement. [B] Il y a plus de particules subatomiques dans le noyau d’un ion oxygène que dans celui d’un ion sodium. [C] Les ions métalliques sont toujours plus petits que les ions de non métaux. [D] Un ion oxygène a moins de protons dans son noyau qu’un ion sodium. [E] Un ion sodium n’a qu’une seule charge, mais un ion oxygène a une double charge négative.

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Transcription de vidéo

Lequel des énoncés suivants explique le mieux pourquoi un ion oxygène O2– a un rayon ionique plus grand qu’un ion sodium Na+ ? (A) Un ion oxygène gagne des électrons et forme un ion chargé négativement. (B) Il y a plus de particules subatomiques dans le noyau d’un ion oxygène que dans celui d’un ion sodium. (C) Les ions métalliques sont toujours plus petits que les ions de non métaux. (D) Un ion oxygène a moins de protons dans son noyau qu’un ion sodium. Ou (E) un ion sodium n’a qu’une seule charge, mais un ion oxygène a une double charge négative.

Pour répondre à cette question, nous devons évaluer pourquoi un ion oxygène a un rayon ionique plus grand qu’un ion sodium. Avant de considérer les ions, considérons d’abord un atome de sodium et un atome d’oxygène. Un atome de sodium a 11 protons et 11 électrons. Les 11 protons sont dans le noyau, deux électrons sont dans la première couche électronique, huit électrons sont dans la deuxième couche électronique et un électron est dans la troisième couche électronique. Un atome d’oxygène a huit protons et huit électrons. Les huit protons se trouvent dans le noyau, deux électrons sont dans la première couche électronique et six électrons sont dans la deuxième couche électronique.

Lorsqu’un atome de sodium forme un ion positif, l’électron le plus externe est perdu. Ainsi, un ion sodium a 11 protons dans son noyau, deux électrons dans la première couche électronique, huit électrons dans la deuxième couche électronique et la troisième couche électronique ne contient aucun électron. Parce qu’il n’y a pas d’électrons dans la troisième couche électronique, nous pouvons le supprimer de ce schéma. Lorsqu’un atome d’oxygène forme un ion oxygène avec une charge de deux moins, l’atome gagne deux électrons. Ainsi, l’ion oxygène a huit protons dans son noyau, deux électrons dans la première couche électronique et huit électrons dans la deuxième couche électronique.

Nous pouvons voir qu’un ion sodium et un ion oxygène ont le même nombre de couches électroniques et le même nombre d’électrons. En outre, les électrons les plus externes d’un ion sodium et d’un ion oxygène subissent un degré de répulsion similaire de la part des électrons les plus internes. Les électrons les plus externes de chaque ion subissent également une force d’attraction vers le noyau chargé positivement. Mais parce que la charge positive d’un noyau de l’ion sodium est supérieure à la charge positive d’un noyau de l’ion oxygène, les électrons externes d’un ion sodium auront une plus forte force d’attraction vers le noyau que les électrons externes d’un ion oxygène.

En raison de la forte force d’attraction, les électrons externes d’un ion sodium seront rapprochés du noyau. Par conséquent, même si un ion sodium et un ion oxygène ont le même nombre des couches électroniques et le même nombre d’électrons, un ion sodium est plus petit car il a un plus grand nombre de protons. Ou en d’autres termes, un ion oxygène est plus grand parce qu’il a moins de protons. Dans cet esprit, évaluons les choix de réponses pour identifier l’affirmation qui explique le mieux pourquoi un ion oxygène a un rayon ionique plus grand qu’un ion sodium.

Le choix de réponse (A) dit qu’un ion oxygène gagne des électrons et forme un ion chargé négativement. Bien qu’une espèce a gagné des électrons pour former un ion chargé négativement, cela n’explique pas pourquoi un ion oxygène a un rayon atomique plus grand. Par conséquent, nous pouvons éliminer le choix de réponse (A).

Le choix de réponse (B) dit qu’il y a plus de particules subatomiques dans le noyau d’un ion oxygène que dans celui d’un ion sodium. L’isotope le plus courant du sodium est le sodium 23, dont l’atome contient 11 protons et 12 neutrons dans son noyau. L’isotope le plus courant de l’oxygène est l’oxygène 16, dont l’atome contient huit protons et huit neutrons dans son noyau. Lorsque ces atomes deviennent des ions, le nombre de particules subatomiques dans le noyau ne change pas. Ainsi, le choix de réponse (B) est une affirmation incorrecte car un ion sodium a plus de particules subatomiques dans le noyau qu’un ion oxygène.

Regardons le choix de réponse (C). Il est vrai que les ions sodium, des ions métalliques, sont plus petits que les ions oxygène, des ions non métalliques, l’énoncé dans le choix de réponse (C) est beaucoup trop général pour être appliqué à tous les ions. Par exemple, le rayon ionique d’un ion rubidium, un ion métallique, est de 166 picomètres, tandis que le rayon ionique d’un ion oxygène, un ion non métallique, est de 126 picomètres. Donc, l’affirmation (C) est incorrecte et ne peut pas être la réponse à cette question.

Le choix de réponse (D) indique qu’un ion oxygène a moins de protons dans son noyau qu’un ion sodium. Nous savons que cette affirmation est vraie. Nous savons également que, comme les ions oxygène ont moins de protons, les électrons externes auront une faible force d’attraction vers le noyau par rapport aux électrons externes dans un ion sodium. Ainsi, les ions oxygène sont plus grands. Nous avons identifié la bonne affirmation, mais examinons le choix de réponse (E). Le choix de réponse (E) suggère que la quantité de charge affecte le rayon ionique, mais que la quantité de charge n’aboutit pas à un modèle en termes de rayon ionique.

Ainsi, l’affirmation qui explique le mieux pourquoi un ion oxygène a un rayon ionique plus grand qu’un ion sodium est le choix de réponse (D), un ion oxygène a moins de protons dans son noyau qu’un ion sodium.

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