Ion métallique

Définition

Un ion métallique (et le bore) est caractérisé par la capacité d'interagir avec des solutés donneurs d'électrons. Les ions métalliques jouent un rôle important dans la gouvernance des structures et des fonctions de différentes molécules biologiques. Un ion métallique est un type de composé atomique qui a une charge électrique. De tels atomes perdent volontairement des électrons pour construire des ions positifs appelés cations. Les ions sont essentiellement entourés d'électrons délocalisés qui sont responsables de processus tels que la conductivité.

Les ions métalliques sur la table périodique :

Les ions métalliques sont issus des éléments chimiques classés comme métaux dans la table périodique. Les principaux donneurs d'électrons sont des composés S-, N-, P- et certains composés contenant du O.

Explications

Les ions métalliques donnent accès à des propriétés physiques qui sont moins courantes dans les solides organiques, par exemple, les propriétés magnétiques, la conductivité et l'activité catalytique.

De nombreux ions métalliques sont nécessaires au métabolisme cellulaire normal, mais à des concentrations plus élevées, ils pourraient représenter un risque pour la santé.

Importance biologique

Les ions métalliques sont absolument essentiels pour remplir une série de fonctions biologiques importantes dans le cerveau, telles que la transmission nerveuse et la synthèse de neurotransmetteurs. Ils comprennent des ions métalliques spectroscopiquement silencieux tels que le potassium, le sodium, le calcium, le magnésium et le zinc ainsi que le fer, le cuivre, le manganèse et quelques autres plus accessibles spectroscopiquement.

Le rôle de certains de ces ions métalliques dans le fonctionnement du cerveau est particulièrement important. Les ions de métaux alcalins Na⁺ et K⁺ sont impliqués dans l'ouverture et la fermeture des canaux ioniques, qui génèrent des gradients électrochimiques à travers les membranes plasmiques des neurones. Cela joue un rôle crucial dans la transmission des impulsions nerveuses non seulement dans le cerveau mais aussi dans la transmission des signaux du cerveau vers d'autres parties du corps.

⭐ Les ions métalliques sont connus depuis de nombreuses années pour favoriser l'hydrolyse des polyphosphates et des esters phosphatés. La formation de complexes organométalliques intervient entre les ions métalliques et les protéines au moyen d'une liaison de ligand. Les ions métalliques, Fe³⁺, Co²⁺, Cr³⁺ entre autres, sont capables d'admettre des groupes accepteurs d'électrons issus des protéines qui forment une structure complexe.

Les ions métalliques dans les métalloprotéines sont coordonnés à des atomes d'oxygène, d'azote ou de soufre appartenant aux acides aminés de la protéine.

Cations métalliques

Les ions métalliques préfèrent se lier aux centres d'oxygène, qui sont facilement disponibles dans de nombreux systèmes biologiques. Ils peuvent jouer un rôle direct ou indirect dans les processus biologiques.

Bien que les cations métalliques soient essentiels pour de nombreux processus, la présence du mauvais métal, ou même des métaux essentiels à la mauvaise concentration ou au mauvais emplacement, peut conduire à des résultats indésirables.

Dans les acides nucléiques, les cations métalliques sont essentiels pour neutraliser le groupe phosphate chargé négativement. Ils jouent un rôle crucial dans la détermination de la confirmation et de l'emballage des acides nucléiques. Un nombre suffisamment grand de cations métalliques peut déstabiliser la double hélice de l'ADN en affectant les liaisons hydrogène et les interactions d'empilement.

Les cations de métaux alcalins sont très abondants dans les systèmes biologiques. Les cations de métaux alcalins et autres ions de métaux durs ont une faible capacité à former des liaisons covalentes et sont donc moins susceptibles d'avoir un site de liaison défini. Ces ions métalliques préfèrent se lier aux centres d'oxygène qui sont disponibles dans de nombreux systèmes biologiques.

Pollution aux ions métalliques

⛔ Les ions métalliques sont les polluants les plus toxiques en raison de leur toxicité aiguë, de leur cancérogénicité et de leur nature non biodégradable. Ainsi, pour étudier la toxicité des mêmes espèces d'ions métalliques, la spéciation est le domaine le plus important.

La contamination par les ions métalliques constitue un danger pour la santé humaine et l'environnement. Les ions métalliques font partie des polluants environnementaux importants en raison de leurs effets toxiques sur les plantes, les animaux et les humains, même à de très faibles concentrations. Des taux accrus de génération d'espèces réactives à l'oxygène ont souvent été suggérés comme contribuant à la toxicité lors d'une exposition à des niveaux élevés d'ions métalliques; par exemple, le fer, le cuivre, le plomb, le cobalt, le mercure, le nickel, le chrome, le sélénium et l'arsenic mais pas le manganèse et le zinc.

Il est maintenant bien connu que l'exposition à long terme de plusieurs ions métalliques, dont l'aluminium, le fer, le cuivre et le zinc, peut provoquer des maladies neurologiques telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. En outre, l'exposition chronique aux ions métalliques tels que le cadmium, l'argent, le cuivre et le zinc peut provoquer plusieurs maladies graves, notamment le cancer, l'insuffisance rénale, l'anémie, les troubles gastro-intestinaux et les maladies cardiovasculaires.

Ions métalliques en solution aqueuse (aqua-ions)

Un ion métallique en solution aqueuse (un ion aqueux, ou simplement aqua-ion) est un cation dissous dans l'eau, de formule générale [M(H₂O)_n]^z+. Le nombre de solvatation n peut être déterminé expérimentalement et peut varier de 4 à 9 (et au-delà). Par exemple n vaut 4 pour Li⁺ et Be²⁺, 6 pour les éléments des périodes 3 et 4 du tableau périodique, et 8 ou 9 pour les lanthanoïdes et les actinoïdes.

La force de liaison entre le cation métallique et les molécules d'eau dans la première sphère de solvatation augmente à mesure que la densité de charge positive du cation augmente, et augmente donc à mesure que la charge électrique z sur le métal augmente, et diminue à mesure que son rayon r augmente.

Les aqua-ions peuvent donner lieu à des réactions d'hydrolyse. Pour la plupart des aqueux, le logarithme de la première constante d'hydrolyse est proportionnel à z²/r. L'aqua-ion interagit par liaison hydrogène avec les autres molécules d'eau présentes dans la deuxième sphère de solvatation. Les molécules d'eau de la première sphère de solvatation échangent avec celles présentes dans la seconde sphère de solvatation et le reste de la solution. Le temps de séjour d'une molécule d'eau dans la première sphère de solvatation est très variable selon l'ion métallique et peut varier d'environ 100 picosecondes à plus de 200 ans.

Les "ions aquatiques" sont présents dans la plupart des eaux naturelles. Na⁺, K⁺, Mg²⁺ et Ca²⁺ sont des constituants majeurs de l'eau de mer. Les ions magnésium et calcium sont des constituants courants de l'eau domestique et sont respectivement responsables de la dureté permanente et temporaire. On les trouve souvent dans l'eau minérale.

En rapport avec "ion métallique"

• cation

  

  Un cation est un ion chargé positivement. L'origine de mot vient du déplacement des ions chargés positivement qui va toujours à la cathode pendant...

• électron

  

  L'électron (e-) est une particule élémentaire chargée négativement. Les électrons liés par un atome ou un ion forment sa couche d'électrons.

• récrétion

  

  En biochimie, une récrétion est issue d'éléments nés de l'échange d'ion entre les ions de la pluie incidente et ceux des vacuoles des cellules végétales...

• sels minéraux

  

  Les sels minéraux (ou nutriments essentiels) sont des substances inorganiques contenant des cations et des ions métalliques.