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Ionen - eine einfache Erklärung aus der Physik

lonen sind essentielle Bestandteile der Physik und der Chemie. Es handelt sich um geladene Teilchen, die Sie überall finden können - sogar zu Hause in der Küche oder in Ihrem eigenen Körper.

Ionen entstehen, wenn Atome Elektronen abgeben oder aufnehmen
Ionen entstehen, wenn Atome Elektronen abgeben oder aufnehmen

Was sind lonen?

  • Atome und Moleküle sind in der Lage, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben. Dann heißen sie Ionen.
  • Solche Atome und Moleküle, die Elektronen aufnehmen, sind dann negativ geladen und heißen Anionen.
  • Teilchen, die Elektronen abgeben, erhalten eine positive Ladung und heißen Kationen.
  • Ein Ion ist dann besonders stabil, wenn durch ihre Entstehung das Atom die Edelgaskonfiguration erreicht. Ein Atom liegt in Edelgaskonfiguration vor, wenn seine äußerste Elektronenschale (Valenzschale) mit acht Elektronen besetzt ist.
  • lonen verhalten sich entsprechend ihrer Ladung: Sie werden von einem entgegengesetzt geladenen Pol angezogen. Auch Anionen und Kationen können einander anziehen.

Beispiele für Anionen und Kationen

Um herauszufinden, wie viele Elektronen ein Atom in seiner äußersten Schale hat, blickt man einfach ins Periodensystem. Die Gruppennummer entspricht der Anzahl der Valenzelektronen. Ein Atom kann maximal so viele Elektronen abgeben, wie in seiner Valenzschale sitzen, und maximal so viele aufnehmen, bis es acht Valenzelektronen hat.

  • Cl-: Chlor hat sieben Elektronen in der äußersten Schale (Valenzschale). Dadurch, dass das Chlor-Atom ein Elektron aufnimmt, erreicht es die Edelgaskonfiguration und ist negativ geladen.
  • Al3+: Aluminium besitzt drei Elektronen, die sich in seiner Valenzschale aufhalten. Gibt das Atom diese drei Elektronen ab, ist die Valenzschale leer und die nächste, kernnähere Schale wird zur neuen Valenzschale. Diese ist mit acht Elektronen besetzt, sodass das Al3+-Kation Edelgaskonfiguration besitzt.
  • NO2-: Im Nitrit-Anion besitzt eines der Sauerstoff-Atome ein zusätzliches Elektron. Es ist über eine Einfachbindung an das Stickstoff-Atom gebunden und besitzt drei freie Elektronenpaare. Mit diesen sechs Elektronen und den zwei Elektronen aus dem bindenden Elektronenpaar ist die Edelgaskonfiguration erreicht. Dass ein Atom eines Moleküls ein zusätzliches Elektron besitzt, reicht, damit das gesamte Molekül negativ geladen ist.

Ionen im Alltag

  • Löst man Salz in Wasser, dann zerlegt sich das Salz in lonen. In dem Wasser, in dem Sie Ihre Nudeln kochen, sind also Na+-Kationen und Cl--Anionen. 
  • Auch in Mineralwässern findet man jede Menge Ionen, wie Mg2+, HCO3-, Na+, SO42-, Cl- und Ca2+.
  • Und nur aufgrund von Ionen in unserem Körper funktioniert die Reizübertragung entlang unserer Nerven. Wegen der Ionen können wie fühlen.  
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