Un ion polyatomique (ou moléculaire) est un ion composé d'atomes liés de façon covalente ou d'un complexe métallique qui peut être considéré comme une unité simple dans le contexte d’une chimie acide/base ou dans la formation de sels. Par opposition, un ion monoatomique s'est formé à partir d'un seul atome.

Quelques ions polyatomiques courants et leurs charges sont indiqués ci-dessous :

• cations polyatomiques (ou polycations) : ce sont des ions non-métalliques. Ils sont généralement des sels d’onium obtenus par alkylation d’hétéroatomes :
  • ammonium NH₄⁺,
  • pyridinium C₅H₅NH⁺,
  • phosphoniums PR₄⁺, dont PH⁴⁺,
  • sulfoniums SR₃⁺ ;
• anions polyatomiques (ou polyanions) : ils sont généralement obtenus par déprotonation d'oxacides. Pour les oxacides, les préfixes « hypo » et « per » et les suffixes « eux » et « ique » sont utilisés. Le préfixe « hypo » et le suffixe « eux » indiquent les ions qui ont le nombre d'oxygène le plus faible. Les oxacides en « eux » deviennent des ions « ite » et les oxacides en « ique » deviennent des ions « ate » :
  • hypochlorite ClO⁻, hypobromite BrO⁻,
  • chlorite ClO₂⁻, bromite BrO₂⁻, nitrite NO₂⁻,
  • chlorate ClO₃⁻, bromate BrO₃⁻, iodate IO₃⁻, nitrate NO₃⁻, phosphate PO₄³⁻, sulfate SO₄²⁻, sulfonate R–SO₃⁻, phosphonates RPO(OR’)(OR’’), acétate CH₃COO⁻, tosylate CH₃C₆H₄SO₂⁻, triflate (trifluorométhylsulfonate) CF₃SO₃⁻, carboxylates R–COO⁻, carbonate CO₃²⁻, bicarbonate HCO₃⁻,
  • perchlorate ClO₄⁻, periodate IO₄⁻,
  • hydroxyde HO⁻.

Les atomes d’un ion polyatomique sont associés entre eux par des liaisons covalentes ou ioniques (une liaison ionique est une liaison entre un métal et un non-métal, tandis qu'une liaison covalente est une liaison entre deux non-métaux).

Un ion polyatomique qui est d’abord associé avec d’autres atomes par des forces covalentes plutôt qu’ioniques peut être plus exactement appelé un groupe fonctionnel.

Plusieurs des ions polyatomiques fréquemment chargés négativement sont des oxydes d’éléments non-métalliques, et peuvent être considérés comme les bases conjuguées des acides correspondants.

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