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Wenn Salz in Wasser verschwindet, ist es chemisch nicht weg. Es zerfällt in geladene Teilchen, die sich im Wasser bewegen können. Genau solche Teilchen heißen Ionen. Danach kannst du erklären, wie Ionen entstehen, warum Salze zusammenhalten und weshalb Salzlösungen Strom leiten.
- Ich kann erklären, was ein Ion ist.
- Ich kann Kationen und Anionen unterscheiden.
- Ich kann aus Protonen- und Elektronenzahl die Ladung bestimmen.
- Ich kann erklären, wie Ionen durch Elektronenabgabe oder Elektronenaufnahme entstehen.
- Ich kann den Zusammenhang zwischen Ionen, Salzen und elektrischer Leitfähigkeit beschreiben.
Was ein Ion ist
Ein Atom ist nach außen neutral, wenn es gleich viele Protonen wie Elektronen hat. Protonen sind positiv geladen, Elektronen negativ. Sobald diese Zahlen nicht mehr gleich sind, entsteht ein geladenes Teilchen.
Ion
Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül. Es entsteht, wenn ein Teilchen Elektronen abgibt oder aufnimmt.
Der Atomkern bleibt dabei im normalen Chemieunterricht unverändert. Entscheidend ist die Elektronenhülle. Gibt ein Atom Elektronen ab, überwiegt die positive Ladung der Protonen. Nimmt ein Atom Elektronen auf, überwiegt die negative Ladung der Elektronen.
Aus Natrium wird ein Natrium-Ion:
- Ein neutrales Natrium-Atom hat 11 Protonen und 11 Elektronen.
- Es gibt ein Elektron ab.
- Danach hat es 11 Protonen und 10 Elektronen.
- Die positive Ladung überwiegt um 1.
- Das Ion heißt
Na+.
Protonenzahl minus Elektronenzahl ergibt die Ionenladung.
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Kationen und Anionen
Ionen werden nach ihrer Ladung benannt. Positive Ionen heißen Kationen, negative Ionen heißen Anionen.
Kation
Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion. Es entsteht meist, wenn ein Atom Elektronen abgibt.
Anion
Ein Anion ist ein negativ geladenes Ion. Es entsteht meist, wenn ein Atom Elektronen aufnimmt.
Viele Metallatome bilden Kationen. Viele Nichtmetallatome bilden Anionen. Das passt zu ihrem Ziel, eine günstigere Elektronenanordnung zu erreichen, oft ähnlich wie bei Edelgasen.
Typische Ionen:
- Natrium gibt ein Elektron ab:
Na -> Na+ + e- - Magnesium gibt zwei Elektronen ab:
Mg -> Mg2+ + 2 e- - Chlor nimmt ein Elektron auf:
Cl + e- -> Cl- - Sauerstoff nimmt zwei Elektronen auf:
O + 2 e- -> O2-
Metalle stehen in diesen Beispielen auf der Kationen-Seite, Nichtmetalle auf der Anionen-Seite.
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Ladungen sicher bestimmen
Ionenladungen wirken zuerst wie kleine Zeichen. Sie sind aber ganz logisch: Jedes fehlende Elektron macht das Teilchen um eine Einheit positiver, jedes zusätzliche Elektron um eine Einheit negativer.
Ladungszahl
Die Ladungszahl gibt an, wie stark ein Ion geladen ist. 2+ bedeutet zwei positive Elementarladungen, 2- bedeutet zwei negative Elementarladungen.
Schreibe die Zahl der Ladung erst dann weg, wenn sie 1 ist. Man schreibt also Na+ statt Na1+, aber Mg2+ mit der 2.
Bestimme die Ladung:
- Calcium hat 20 Protonen.
- Ein Calcium-Ion
Ca2+hat 18 Elektronen. - Rechnung: 20 positive Ladungen minus 18 negative Ladungen.
- Ergebnis: 2 positive Ladungen Überschuss.
- Schreibweise:
Ca2+.
Warum ist Calciumchlorid neutral?
- Calcium-Ion:
Ca2+ - Chlorid-Ion:
Cl- - Zwei Chlorid-Ionen haben zusammen
2-. 2+und2-gleichen sich aus.- Formel:
CaCl2.
Die Verbindung ist insgesamt neutral, obwohl sie aus geladenen Teilchen besteht.
Bei Salzen muss die Summe der Ionenladungen insgesamt 0 ergeben.
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Ionen in Salzen
Salze bestehen aus positiv und negativ geladenen Ionen. Gegensätzliche Ladungen ziehen sich an. Dadurch entsteht eine Ionenbindung.
Ionenbindung
Eine Ionenbindung ist die elektrostatische Anziehung zwischen Kationen und Anionen. Sie hält Ionen in einem Salz zusammen.
In einem festen Salz sitzen die Ionen regelmäßig in einem Ionengitter. Sie liegen nicht als einzelne Paare vor, sondern bilden ein großes Gitter aus vielen Kationen und Anionen.
Ionengitter
Ein Ionengitter ist eine regelmäßige Anordnung vieler Kationen und Anionen in einem festen Salz.
Natriumchlorid als Ionengitter:
- Natrium bildet
Na+. - Chlor bildet
Cl-. - Die entgegengesetzten Ladungen ziehen sich an.
- Viele
Na+- undCl--Ionen ordnen sich regelmäßig an. - Daraus entsteht der Kristall von Kochsalz.
Die Formel NaCl bedeutet bei einem Salz nicht "ein einzelnes Molekül aus zwei Atomen". Sie gibt das kleinste Zahlenverhältnis im Ionengitter an: ein Natrium-Ion zu einem Chlorid-Ion.
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Ionen in Wasser und Leitfähigkeit
Viele Salze können sich in Wasser lösen. Dann werden die Ionen voneinander getrennt und von Wassermolekülen umgeben.
Hydrathülle
Eine Hydrathülle ist die Hülle aus Wassermolekülen um ein gelöstes Ion. Die Wassermoleküle richten sich wegen ihrer Teilladungen passend am Ion aus.
Gelöste Ionen können sich bewegen. Bewegliche geladene Teilchen können elektrische Ladung transportieren. Deshalb leitet eine Salzlösung Strom, reines destilliertes Wasser aber kaum.
Elektrolyt
Ein Elektrolyt ist ein Stoff oder eine Lösung, die durch bewegliche Ionen elektrischen Strom leiten kann.
Kochsalz löst sich in Wasser:
- Im festen Salz sitzen
Na+undCl-im Gitter. - Wassermoleküle ziehen an den Ionen.
- Die Ionen lösen sich aus dem Gitter.
- Es entstehen hydratisierte
Na+- undCl--Ionen. - Diese beweglichen Ionen können Strom transportieren.
Feste Salze leiten meist schlecht; Salzlösungen und Salzschmelzen leiten gut, weil Ionen beweglich sind.
Prüfungsmodus
Bei Ionenaufgaben musst du sauber zwischen Atom, Ion, Salz und Molekül unterscheiden. Nutze die Ladungen wie eine Bilanz.
Aufgabe: "Ein Ion hat 16 Protonen und 18 Elektronen. Gib die Ladung und einen möglichen Namen an."
Lösung:
- 16 Protonen bedeuten: Element Schwefel.
- 18 Elektronen sind zwei mehr als Protonen.
- Das Ion ist zweifach negativ geladen.
- Schreibweise:
S2-. - Name: Sulfid-Ion.
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Zusammenfassung
Ein Ion ist ein geladenes Atom oder Molekül. Kationen sind positiv, Anionen negativ. Kationen entstehen meist durch Elektronenabgabe, Anionen durch Elektronenaufnahme.
Salze bestehen aus Kationen und Anionen, die sich durch Ionenbindung anziehen. In festem Salz sind die Ionen im Ionengitter gebunden. In Lösungen oder Schmelzen sind sie beweglich und können elektrischen Strom leiten.
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