Un ion est un atome ou une molécule avec plus ou moins d’électrons que d’habitude, ce qui lui confère une charge électrique positive ou négative. Parce qu’un ion veut devenir neutre en acquérant ou en perdant des électrons supplémentaires, il possède des caractéristiques chimiques intéressantes. Les ions se présentent généralement sous forme de solutions. Il en existe trois types : les anions, qui sont chargés négativement, les cations, qui sont chargés positivement, et les radicaux, ou ions radicaux, qui sont très réactifs en raison de la grande quantité d’électrons libres.
Une solution d’ions est généralement créée lorsque certaines molécules, telles que le sel, sont dissoutes dans l’eau. Les interactions entre les molécules de soluté et de solvant dissocient les molécules faiblement liées, comme le sel, en deux ions ou plus. Lorsque le sel est mis dans l’eau, il se décompose en ions sodium et chlorure, tous deux essentiels à la vie humaine. Si une personne est privée de sel trop longtemps, elle finira par mourir. D’autres ions essentiels à la vie (appelés électrolytes) sont le potassium (K+), le calcium (Ca2+), le magnésium (Mg2+), l’hydrogénophosphate (HPO42−) et l’hydrogénocarbonate (HCO3−).
D’autres solutions d’ions en plus des sels dissous sont des acides et des bases. Par exemple, de l’acide chlorhydrique se forme lorsque du chlorure d’hydrogène est dissous dans l’eau. Le chlorure d’hydrogène se brise en deux ions, H+ et Cl−. Le H+ réagit avec l’eau pour produire du H3O+, l’ion hydronium, tandis que le chlore reste sous forme d’ion chlorure. Le processus d’ionisation étant terminé, l’acide chlorhydrique est appelé acide fort. La force des acides est mesurée par le nombre d’ions H+ qu’ils contiennent — beaucoup d’acide chlorhydrique, il est donc très acide. En fait, l’acide chlorhydrique peut se dissoudre à travers le verre et tous les métaux à l’exception de l’iridium, bien que sa vitesse de corrosion soit lente.
Une autre catégorie de solutions d’ions sont les bases. Au lieu d’être mesurée par la concentration en ions hydrogène, une base est mesurée par sa concentration en ions hydroxyde (OH-). Un exemple de base est l’hydroxyde de potassium, qui est le précurseur chimique de la plupart des savons mous et liquides. Lorsqu’il est dissous dans l’eau, l’hydroxyde de potassium produit une solution alcaline forte. Un alcali est un type de base. L’hydroxyde de potassium a un certain nombre de propriétés chimiques intéressantes – l’une d’elles est sa nature hygroscopique (qui attire l’eau), ce qui en fait un puissant déshydratant. Lorsqu’il réagit avec l’eau, la réaction est exothermique, c’est-à-dire qu’il génère une chaleur importante.
Le dernier grand groupe d’ions sont les ions radicaux, ou simplement les radicaux. Des exemples de radicaux incluent le superoxyde (O2-), que le système immunitaire utilise pour tuer les micro-organismes envahisseurs, et l’oxyde nitrique, que le corps utilise comme molécule de signalisation importante. Comme les acides et les bases, les radicaux sont très réactifs et ont de nombreuses applications en chimie. Un aspect malheureux des radicaux est que des quantités infimes dans le corps ont tendance à décomposer les tissus au fil du temps, contribuant ainsi au vieillissement.