Kation
Alles Wichtige über das Kation und seine Besonderheiten erfährst du in unserem Video oder hier im Beitrag!
Inhaltsübersicht
Kation einfach erklärt
Das Kation ist ein positiv geladenes Ion. Ionen sind Atome, die eine Ladung tragen. Ungeladene Atome haben eine gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen. Hat das Atom ein oder mehrere Elektronen weniger als Protonen vorhanden sind, entsteht eine positive Ladung. Das vorliegende Teilchen ist jetzt also ein Kation.
Du kannst dir merken: Ein Kation entsteht, wenn ein Atom oder ein Molekül Elektronen abgibt oder Protonen aufnimmt.
Kationen werden gekennzeichnet, indem du die Abkürzung des Elements mit der entsprechenden Ladung (+) dahinter hochgestellt aufschreibst:
Natrium-Kation = Na+
Gut zu wissen: Es gibt auch negative Ionen, die du Anionen nennst. Sie entstehen, wenn mehr Elektronen als Protonen im Atom vorhanden sind. Aufgrund der Ladungen ziehen sich Anionen und Kationen an. Da diese Anziehung sehr stark werden kann, kommen äußerst stabile Stoffe zustande. Dazu zählen zum Beispiel die Salze.
Kationen sind Atome, die eine positive Ladung tragen. Sie entstehen, wenn Atome weniger Elektronen als Protonen haben. Die positive Ladung wird durch eine hochgestellte Zahl angezeigt. Zum Beispiel besitzt Fe3+ eine dreifach positive Ladung.
Kationen Grundlagen
Kationen werden in der Chemie auf verschiedene Weise gekennzeichnet. Die gebräuchlichste Methode besteht darin, das Elementsymbol verwenden, gefolgt von einem hochgestellten Pluszeichen (+):
| Element | Kation |
| Natrium | Na+ |
| Calcium | Ca2+ |
| Aluminium | Al3+ |
| Eisen (zweiwertig) | Fe2+ |
| Eisen (dreiwertig) | Fe3+ |
Die hochgestellte Zahl gibt die positive Ladung des Kations an und zeigt an, wie viele Elektronen dem Atom fehlen. Hat das Ion nur ein Elektron zu wenig, schreibst du 1+ oder einfach +. Bei zwei Elektronen zu wenig schreibst du 2+, bei drei Elektronen 3+, und so weiter. Die hochgestellte Zahl bezeichnest du als Wertigkeit.
Durch die fehlenden Elektronen sind Kationen sehr reaktiv. Sind viele Kationen und Anionen in einer Lösung vorhanden, ziehen sie sich gegenseitig an. Durch diese Anziehungskräfte ordnen sich die Ionen in einem regelmäßigen Gitter an. Die Struktur nennst du Ionengitter, und die Anziehungskräfte Ionenbindungen. So entstehen Salze, die durch die Ionenbindungen äußerst stabil sind.
Metallionen
Neben einfachen Kationen gibt es auch spezielle Kationen, wie zum Beispiel Metallionen. Sie entstehen dadurch, dass Metalle Elektronen abgeben. Sie werden also oxidiert.
Wichtig: Nur die Elemente der 1. bis 4. Hauptgruppe können Elektronen abgeben. Elemente dieser Hauptgruppen geben ihre Elektronen gerne an Elemente aus höheren Hauptgruppen ab.
M → n e– + Mn+
Das Metall (M) gibt n Elektronen (e–) ab und reagiert zu einem n-wertigen Metallion (Mn+).
Die Triebkraft für die Oxidation ist das Erreichen einer stabileren Elektronenkonfiguration . Dabei ist nach der Oktettregel der Zustand eines Atoms am stabilsten, wenn ein Atom acht Außenelektronen besitzt. Helium und Wasserstoff bilden eine Ausnahme, da bei denen nur zwei Elektronen auf die äußerste Schale passen. Sie sind schon mit zwei Außenelektronen stabil.
Ladung von Metallionen
Schauen wir uns einmal zwei Beispiele zu Ladungen und Wertigkeiten von Kationen an!
Ca → 2e– + Ca2+
Calcium ist in der 2. Hauptgruppe kann also seine zwei Außenelektronen abgeben. So wird die Oktettregel bei einem anderen Atom erfüllt. Es entsteht das zweiwertige Calcium-Kation, welches somit zweifach positiv geladen ist.
Die Ladungen von Metallen aus Nebengruppen findest du in vorgegebenen Tabellen. Wie sie zum Beispiel beim Eisen entstehen, lässt sich mit dem Orbitalmodell erklären:
Fe → 3e– + Fe3+
Eisen hat acht Valenzelektronen. Das Eisen gibt jetzt drei Elektronen ab, zwei aus seiner s-Schale und eins aus seiner d-Schale Nun hast du mit dem dreiwertigen Eisen-Kation eine halbvolle d-Schale mit fünf Elektronen. Das Eisen-Kation ist dreifach positiv geladen.
Du hast hier noch einmal eine tabellarische Übersicht über alle wichtigen Metallionen der 1. bis 4. Hauptgruppe (HG). Zudem hast du die wichtigsten Metallionen aus den Nebengruppen.
| 1. HG | 2. HG | 3. HG | 4. HG | Nebengruppen |
| H+ | Fe2+/Fe3+ | |||
| Li+ | Be2+ | Co2+, Ni2+, Zn2+ | ||
| Na+ | Mg2+ | Al3+ | Cu+/Cu2+ | |
| K+ | Ca2+ | Ga3+/Ga+ | Ge2+ | Ag+ |
| Rb+ | Sr2+ | In3+/In+ | Sn4+/Sn2+ | Au3+ |
| Cs+ | Ba2+ | Tl3+/Tl+ | Pb4+/Pb2+ | Hg+, Hg2+ |
Das Wasserstoffion ist ein Sonderfall, bei dem es sich nicht um ein klassisches Metallion handelt, ist aber zur Vervollständigung der Tabelle auch aufgeführt.
Molekulare Kationen
Molekulare Kationen sind Kationen, die aus mehreren Atomen bestehen und eine positive Ladung tragen.
Du erhältst molekulare Kationen in den meisten Fällen durch Protonenaufnahme. Die bekanntesten molekularen Kationen kennst du aus der Autoprotolyse des Wassers. Es handelt sich um das Oxonium-Ion H3O+.
2 H2O ⇌ H3O+ + OH–
Bei der Säure-Base-Reaktion mit Ammoniak wird ebenfalls ein Proton aufgenommen, um das Ammonium-Ion NH4+ zu bilden. Du hast beim Ammoniak hat ein freies Elektronenpaar, mit dem du Protonen aufnehmen kannst.
NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH–
In der organischen Chemie spielen vor allem Stickstoffverbindungen mit einem freien Elektronenpaar als Basen eine große Rolle. Mit Säuren bilden solche Stickstoffverbindungen Ammoniumsalze.
Pyridin sowie Triethylamin sind sehr bekannte Vertreter und bilden beispielsweise mit Chlorwasserstoffgas das Pyridin-Hydrochlorid beziehungsweise das Triethylammoniumchlorid.
Hast du eine Reaktion, in der viel Chlorwasserstoffgas entsteht, kannst du also dieses mithilfe von Pyridin sowie Triethylamin abfangen.
Komplexe Kationen
Du hast in einer wässrigen Lösung keine reinen Metallionen vorliegen sondern komplexe Kationen. Dabei lagern sich Wassermoleküle an dein Metallion an. Die Wassermoleküle werden als Liganden bezeichnet und dein Metallion als Zentralatom. Dein Metallion reagiert also mit den Wassermolekülen folgendermaßen:
Mn+ + m H2O ⇌ [M(H2O)m]n+
Diese Art von komplexen Kationen werden auch Aquakomplexe genannt. Aluminium bildet beispielsweise das Hexaaquaaluminium(III)-Kation [Al(H2O)6]3+ und Eisen das Hexaaquaeisen(III)-Kation [Fe(H2O)6]3+. Darüber hinaus sind auch weitere Liganden wie zum Beispiel NH3 oder CO möglich.
Kation — häufigste Fragen
-
Was sind Kationen?
Kationen sind positiv geladene Teilchen, die entstehen, wenn Atome Elektronen verlieren. Sie haben eine höhere Anzahl an Protonen als Elektronen im Kern und sind in chemischen Reaktionen und Ionenbindungen wichtig.
-
Was ist der Unterschied zwischen Kationen / Anionen?
Kationen sind positiv geladene Ionen, die entstehen, wenn neutrale Atome Elektronen abgeben. Anionen hingegen sind negativ geladene Ionen, die entstehen, wenn neutrale Atome Elektronen aufnehmen. Beide Ionenarten zusammen können Ionengitter formen.
-
Was sind Metallionen?
Metallionen sind positiv geladene Ionen, die aus Metallatomen entstehen. Metalle haben die Eigenschaft, Elektronen abzugeben und bilden daher immer Kationen. Die Abgabe von Elektronen führt zu veränderten chemischen Eigenschaften, wodurch Metallionen oft Salze mit anionischen Ionen bilden.
Salze
Jetzt weißt du alles Wichtige über Kationen, und dass sie mit Anionen Salze bilden können. Was die Eigenschaften von Salzen sind, und vieles mehr, erklären wir in diesem Video . Schau es dir jetzt an, um den vollen Durchblick zu bekommen!