Ion

Was sind Ionen?

Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül. Seine Ladung kommt zustande, da ein Ion aus unterschiedlich vielen positiven (Protonen) wie negativ (Elektronen) geladenen Teilchen besteht. 

Damit unterscheiden sich Ionen von Atomen: Letztere sind nämlich aus genauso vielen Protonen wie Elektronen aufgebaut. Deshalb sind sie nach außen hin neutral. Aber wie wird aus so einem ungeladenem Atom jetzt ein geladenes Ion? Ganz einfach: Das Atom nimmt Elektronen auf oder gibt welche ab. Hier gibt es zwei Möglichkeiten:

• Fehlen dem Ion ein oder mehrere Elektronen, hat es einen Elektronenmangel: Es ist daher positiv geladen. Hier sprichst du von einem Kation.
• Besitzt das Ion hingegen ein oder mehrere Elektronen zusätzlich, hat es einen Elektronenüberschuss: Es ist negativ geladen. Das nennst du dann Anion.

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Die Ladung eines Ions kennzeichnest du in der Chemie durch ein  hochgestelltes Plus- oder Minuszeichen. Na⁺ steht beispielsweise für das einfach positiv geladene Natrium-Ion. 

Wie entstehen Ionen?

Ionen bilden sich also aus Atomen, indem sie Elektronen aufnehmen oder abgeben. Dafür ist oft Energie notwendig. In der Natur findet so eine Ionenbildung zum Beispiel bei Gewittern statt. 

Aber woher weißt du eigentlich, ob ein Atom lieber Elektronen aufnimmt oder abgibt? Das kannst du ganz leicht herausfinden, indem du einen Blick ins Periodensystem wirfst. Jedes Atom möchte einfach gesagt, genauso viele Elektronen auf seiner äußeren Atomschale haben wie die Edelgase — nämlich 8 Stück. Das bezeichnest du als Edelgaskonfiguration . Die ist nämlich besonders stabil.  

Beispiel: Chlor hat 7 Elektronen auf seiner äußeren Schale. Durch Elektronenaufnahme entsteht ein Chlorid-Ion (Cl^–) mit 8 Außenelektronen — genauso viele wie das Edelgas Argon. 

Kationen

Positiv geladene Ionen nennst du Kationen . Sie entstehen, wenn Atome Elektronen abgeben. Da die Anzahl der Protonen im Kern gleich bleibt, besitzt das Atom nun weniger Elektronen als Protonen. Es liegt also ein Elektronenmangel vor und ein positives Teilchen entsteht. 

Merke: Metall -Ionen sind normalerweise positiv geladen. 

Beispiele: 

• Bildung eines Natrium-Ions: Na → Na⁺ + e^–
• Bildung eines Calcium-Ions: Ca → Ca²⁺ + 2 e^–   

Kationen können außerdem auch mehr als 2 Ladungen besitzen, wie zum Beispiel das Aluminium-Ion Al³⁺. 

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Anionen

Negativ geladene Ionen bezeichnest du als Anionen . Sie bilden sich, wenn Atome Elektronen aufnehmen. Das Atom verfügt nun über mehr Elektronen als Protonen. Hier liegt also ein Elektronenüberschuss vor und ein negatives Teilchen entsteht. 

Merke: Nichtmetall-Ionen sind normalerweise negativ geladen. 

Beispiele: 

• Bildung eines Chlorid-Ions: Cl + e^– → Cl^–
• Bildung eines Sulfid-Ions: S + 2 e^– → S^2- 

Anionen können außerdem auch mehr als 2 Ladungen besitzen, wie zum Beispiel das Phosphat-Anion PO₄^3-.

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Salze

Löst du Salze in polaren Lösungsmitteln wie zum Beispiel in Wasser, bilden sich Ionen. Das passiert oftmals ganz spontan. 

Salze bestehen aus gegensätzlichen Ionen, die in einem Gitter – dem Ionengitter – angeordnet sind. Ein bekanntes Beispiel dafür ist das Kochsalz oder auch Natriumchlorid (NaCl) genannt. Es besteht, wie dir der Name bereits verrät, aus Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen. Bringst du das Salz nun in Wasser, zerfällt das Gitter. Dabei werden die jeweiligen Ionen von Wassermolekülen umhüllt. 

Die Reaktionsgleichung sieht folgendermaßen aus: 

NaCl (fest)  →   Na⁺ (gelöst)   +   Cl^– (gelöst)

Ionenschreibweise 

Für jedes Ion gibt es in der Chemie eine allgemeingültige Schreibweise, die sogenannte Ionenschreibweise:

Sie lautet für ein Kation Aⁿ⁺ und für ein Anion A^n-. 

Die Ionenladung kennzeichnest du hier mit einer rechts hochgestellten Zahl n. Sie gibt dir also an, wie viele positive oder negative elektrische Ladungen ein Ion hat. Je nach Ladung schreibst du noch ein Plus- oder ein Minuszeichen dazu. 

Beispiele: 

• Li⁺: einfach positiv geladenes Lithium-Ion. Hier verzichtest du auf die Zahl, da die Ionenladung eins beträgt. 
• S^2–: zweifach geladenes Sulfid-Ion. 
• H₃O⁺: einfach geladenes Oxonium-Ion. Hier handelt es sich um ein mehratomiges Ion bzw. Molekül-Ion. 

Ionen Eigenschaften

Ionen haben als geladene Teilchen bestimmte Eigenschaften, die sie von ungeladenen Teilchen unterscheiden. 

Beispielsweise weicht der Radius von Ionen im Vergleich zum jeweiligen Atom ab. Hier gilt: Der Radius von Kationen ist kleiner, da die äußere Elektronenschale nicht besetzt wird. Der Radius von Anionen ist hingegen größer, da die äußere Schale mehr Elektronen hat oder sogar eine neue Schale besetzt ist. 

Zudem sind Ionen in Salzen über eine stabile chemische Bindung miteinander verbunden — die sogenannte Ionenbindung. Wie die Ionenbindung entsteht und was sie so besonders macht, erfährst du hier . 

Lösungen, die Ionen enthalten, können außerdem elektrischen Strom leiten. Du nennst sie deshalb Elektrolyte. Einen Elektrolyten kennst du schon: die Kochsalzlösung. Während reines Wasser keinen Strom leitet, ist eine Kochsalzlösung leitfähig. 

Merke: In einem elektrischen Feld wandern Kationen als Ionenstrom zur Kathode (‚Minuspol‘) bzw. Anionen zur Anode (‚Pluspol‘). 

Ionen Vorkommen

Ionen spielen eine wichtige Rolle bei galvanischen Zellen und sind in deinem Alltag notwendig, um dein Handy mit elektrischem Strom zu versorgen. Viele mobile elektronischen Geräte werden mit wiederaufladbaren Batterien betrieben. Ein bekanntes Beispiel dafür ist der Lithium-Ionen-Akkumulator (kurz: Lithium-Ionen-Akku). 

Auch in Stoffwechselvorgängen in deinem Körper sind Ionen sehr wichtig. So dienen sie an Membranen dafür, dass elektrische Signale weitergeleitet werden. Dadurch können beispielsweise deine Muskeln oder Nerven optimal funktionieren. Auch im Blut sind die Elektrolyte von immenser Bedeutung, da sie unter anderem den pH-Wert stabil halten. 

Ionen Reaktionsgleichung

Die allgemeinen Reaktionsgleichungen für die Bildung von Ionen lauten: 

• A → Aⁿ⁺ + n e^– (Bildung eines Kations)

A reagiert zum n-fach positiv geladenen Kation Aⁿ⁺. Es gibt dabei n Elektronen ab.

• A + n e^– → A^n- (Bildung eines Anions)

A nimmt n Elektronen auf und wird dabei zum n-fach negativ geladenen Anion A^n-. 

Um dein Wissen zu den Kationen und Anionen zu vertiefen, schau dir unbedingt unsere separaten Beiträge dazu an! Hier erfährst du auch, welches Anion in deinem Stoffwechsel die zentrale Rolle spielt.