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Ionen: Ladung, Bildung und Schreibweise verstehen
Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül. Es entsteht, wenn die Zahl der Elektronen nicht mehr zur Zahl der Protonen passt: Elektronenabgabe führt zu einer positiven, Elektronenaufnahme zu einer negativen Ladung.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wann ist ein Teilchen ein Ion?
Protonen sind positiv, Elektronen negativ geladen. Ein neutrales Atom besitzt gleich viele Protonen wie Elektronen. Bei der hier betrachteten Ionenbildung verändert sich nur die Elektronenzahl; die Protonenzahl bleibt gleich.
Ion
Ein Ion ist ein Atom oder Molekül mit einer elektrischen Gesamtladung. Es besitzt unterschiedlich viele Protonen und Elektronen.
Die Ladungsbilanz lautet in Worten:
Gesamtladung = Zahl der Protonen − Zahl der Elektronen
Ein Natriumatom besitzt 11 Protonen und 11 Elektronen. Seine Gesamtladung ist 0, es ist also neutral.
Gibt es ein Elektron ab, bleiben 11 Protonen und 10 Elektronen:
$11 - 10 = +1$
Es entsteht das einfach positiv geladene Natrium-Ion $Na^+$.
Ein Chloratom besitzt 17 Protonen und 17 Elektronen. Nimmt es ein Elektron auf, hat es 18 Elektronen:
$17 - 18 = -1$
Es entsteht das einfach negativ geladene Chlorid-Ion $Cl^-$.
Mehr Protonen als Elektronen bedeuten eine positive Ladung. Mehr Elektronen als Protonen bedeuten eine negative Ladung.
Wie entstehen Kationen und Anionen?
Ein Atom wird durch Elektronenabgabe oder Elektronenaufnahme zum Ion. Sein Element ändert sich dabei nicht, denn die Protonenzahl bleibt erhalten.
Kation
Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion. Es entsteht bei der Elektronenabgabe und besitzt danach weniger Elektronen als Protonen.
Anion
Ein Anion ist ein negativ geladenes Ion. Es entsteht bei der Elektronenaufnahme und besitzt danach mehr Elektronen als Protonen.
Natrium gibt ein Elektron ab:
$$Na \rightarrow Na^+ + e^-$$
Calcium gibt zwei Elektronen ab:
$$Ca \rightarrow Ca^{2+} + 2e^-$$
Chlor nimmt ein Elektron auf:
$$Cl + e^- \rightarrow Cl^-$$
Schwefel nimmt zwei Elektronen auf:
$$S + 2e^- \rightarrow S^{2-}$$
Die Elektronen stehen jeweils auf der Seite der Gleichung, auf der sie abgegeben oder aufgenommen werden.
Wie liest du eine Ionenschreibweise?
Die Ladung steht rechts oben am Elementsymbol oder an der Molekülformel. Das Vorzeichen zeigt die Ladungsart, die Zahl ihren Betrag.
- $Na^+$: einfach positiv geladen
- $Ca^{2+}$: zweifach positiv geladen
- $Cl^-$: einfach negativ geladen
- $S^{2-}$: zweifach negativ geladen
- $PO_4^{3-}$: dreifach negativ geladen
Bei einer einfachen Ladung wird die Zahl 1 nicht geschrieben. Deshalb heißt es $Na^+$ und nicht $Na^{1+}$.
Das Vorzeichen gehört zur Ladung, nicht zur Anzahl der Atome. In $Ca^{2+}$ trägt ein Calcium-Ion zwei positive Ladungseinheiten.
Warum geben manche Atome Elektronen ab und andere nehmen sie auf?
Für viele Hauptgruppenelemente hilft ein vereinfachtes Modell: Eine Außenschale mit acht Elektronen gilt als besonders stabil. Dies wird Oktettregel oder Edelgaskonfiguration genannt.
Natrium besitzt ein Außenelektron. Es gibt dieses im Modell leichter ab, als sieben weitere aufzunehmen. Chlor besitzt sieben Außenelektronen und nimmt leichter ein Elektron auf, als sieben abzugeben.
Die Oktettregel ist ein nützliches Einstiegsmodell, aber keine ausnahmslos gültige Regel für alle Elemente und Verbindungen. Auch die Faustregel „Metalle bilden Kationen, Nichtmetalle bilden Anionen“ beschreibt typische Fälle, nicht jeden chemisch möglichen Fall.
Natrium wird durch die Elektronenabgabe nicht zu einem anderen Element. Es bleibt Natrium, weil seine Protonenzahl unverändert bleibt. Entsprechend bleibt Chlor nach der Elektronenaufnahme Chlor; das entstandene Anion heißt Chlorid-Ion.
Sind alle Ionen einzelne Atome?
Nein. Ionen können aus einem einzigen Atom oder aus mehreren verbundenen Atomen bestehen.
- Einatomige Ionen: $Na^+$, $Cl^-$, $S^{2-}$
- Mehratomige Ionen: $NH_4^+$, $OH^-$, $PO_4^{3-}$
Ein neutrales Molekül wie $H_2O$ besitzt dagegen keine Gesamtladung. Das hochgestellte Plus oder Minus ist daher das sicherste Erkennungszeichen eines Ions.
Entgegengesetzt geladene Ionen können sich zu Salzen verbinden. In einem Salz gleichen sich die positiven und negativen Ladungen insgesamt aus. Sind Ionen beispielsweise in Wasser gelöst und beweglich, können sie elektrische Ladung transportieren. Bewegliche Ionen spielen deshalb unter anderem in Batterien sowie bei Vorgängen in Nerven und Muskeln eine Rolle.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Ein positiv geladenes Ion heißt . Es entsteht im Elektronenübertragungsmodell durch die von Elektronen. Ein negativ geladenes Ion heißt . $NH_4^+$ ist ein Ion.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Ion
- Ladungsbilanz: Protonenzahl minus Elektronenzahl
- Kation: Elektronenabgabe und positive Ladung
- Anion: Elektronenaufnahme und negative Ladung
- Schreibweise: Ladung rechts oben
- Aufbau: einatomig oder mehratomig
- Bedeutung: Salzbildung und Ladungstransport
Abschluss-Check
Du kannst ein Ion nun mit drei Fragen untersuchen: Wie viele Protonen und Elektronen hat es? Welches Vorzeichen trägt es? Besteht es aus einem oder mehreren Atomen?