Aus dem Anfangsunterricht der Chemie wissen wir, dass Atome im “normalen” Zustand genauso viele Elektronen (in der Atomhülle) wie Protonen (im Atomkern) aufweisen. Ionen hingegen sind (als spezielle Form von Atomen) sind elektrisch geladene Teilchen. Die Ionen entstehen dadurch, dass aus der Atomhülle eines zuvor neutralen Atoms Elektronen abgegeben oder aufgenommen werden. Allgemein versteht man unter Ionen (aber nicht nur) geladene Atome (= Ionen), sondern auch geladene Atomgruppen (= komplexe Ionen)
Bildung von Ionen in einer chemischen Verbindung
Alle Atome streben danach, in einer chemischen Verbindung die Edelgaskonfiguration zu erfüllen (d.h. sie haben acht Elektronen auf der äußersten Schale der Atomhülle). Dazu können sich beispielsweise zwei (oder mehrere) Atome Elektronen teilen, in dem sie gemeinsame (Bindungs)Elektronenpaare miteinander ausbilden (= Atome). In diesem Fall besitzen dann alle Bindungspartner 8 Valenzelektronen (= Elektronen auf der äußersten Schale).
Nun ziehen die Bindungspartner die Bindungselektronen unterschiedlich stark an sich. Unterscheiden sich die Bindungspartner stark in ihrer Elektronegativität (Elektronegativitätsdifferenz größer als 1,7), “zieht der elektronegative Bindungspartner die Bindungselektronen komplett an sich. Das heißt, die Edelgaskonfiguration wird bei solchen Bindungspartner erreicht, indem es zu einer Übertragung der Elektronen von einem Bindungspartner auf den anderen Bindungspartner kommt.In der Regel kommt es zu einer solchen Elektronenübertragung bei einer “Bindung” von einem Nichtmetall und einem Metall zu einer chemischen Verbindung. Da Nichtmetalle (in der Regel) eine deutlich höhere Elektronegativität haben, als Metalle, werden die “Bindungselektronen” zwischen dem Metall und Nichtmetall komplett auf das Nichtmetall übertragen.
Bei einem “normalen” Atom liegen genau so viele Protonen (positiv geladene Teilchen) im Atomkern vor, wie Elektronen (negativ geladene Teilchen) in der Atomhülle (= siehe hierzu auch das Bohrsche Atommodell). Ist die Anzahl der Protonen gleich der Anzahl der Elektronen ist, liegt ein neutrales Atom vor. Kommt es nun zur Elektronenübertragung zwischen zwei Atomen, entstehen Ionen (= geladene Atome) dadurch, dass aus der Atomhülle eines zuvor neutralen Atoms Elektronen abgegeben oder aufgenommen werden. Beispiel: Das Element “Kalium” hat 19 Protonen im Kern (= Ordnungszahl im PSE) und (im neutralen Zustand) 19 Elektronen in der Atomhülle. Gibt nun das Kaliumatom ein Elektron ab, so hat es 19 Protonen (19+) und 18 Elektronen (18-), daher hat das so entstandene Kaliumion eine Ladung und zwar eine positive Ladung (geschrieben: K+). Ein Ion kann also am Verhältnis von Protonen und Ionen erkannt werden.
Wie eingangs erwähnt, ist ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom, kann aber grundsätzlich auch eine geladene Atomgruppe sein. Liegt ein Ion vor, unterscheidet man zwei Arten von Ionen. Handelt es sich um ein positiv geladenes Ion wird dies als Kation bezeichnet. Negativ geladenen Ionen werden als Anionen bezeichnet. Wie im letzten Absatz gezeigt, kann aus dem Verhältnis von Protonen und Anionen (oder der Ladung, die recht über dem Elementsymbol geschrieben wird) erkannt werden, ob es sich bei dem Ion um ein Anion oder Kation handelt.
Die Benennung von (einfachen) Kationen ist einfach. Der Name des Kations wird gebildet aus dem Elementnamen und dem Suffix “Ion” (beispielsweise Kalium-Ion oder auch Kaliumion). Der Name des (einfachen) Anions wird gebildet aus dem Wortstamm des Elementnamens und dem Suffix “id” und der Endung “Ion” (beispielsweise Chlorid-Ion oder Chloridion). (Hinweis: Ausnahmen beachten, wie beispielsweise “Oxid”, siehe hierzu acuch Kapitel “Benennung binärer Verbindungen”).
Die Bedeutung von Ionen
Ionen sind Atome oder Moleküle, die ihre elektrische Neutralität verloren haben, indem sie Elektronen gewinnen oder verlieren. Sie können positiv (Kationen) oder negativ (Anionen) geladen sein.
Die Hauptursache für die Entstehung von Ionen ist die Ungleichheit der Anzahl von Protonen und Elektronen in einem Atom oder Molekül.
Ein Anion ist ein Ion mit negativer Ladung, da es mehr Elektronen als Protonen hat. Ein Kation ist ein Ion mit positiver Ladung, weil es mehr Protonen als Elektronen hat.
Beispiele für Ionen sind Natriumionen (Na+), Chloridionen (Cl-), Hydroniumionen (H3O+) und Hydroxidionen (OH-).
Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron von einem neutralen Atom oder Molekül zu entfernen.
Eine ionische Bindung entsteht, wenn ein Atom ein oder mehrere Elektronen an ein anderes Atom abgibt und dadurch Ionen entstehen, die sich gegenseitig anziehen.
Ionen sind stabil, weil sie eine volle äußere Elektronenschale haben, die ihrer elektronischen Struktur Stabilität verleiht.
Ionen spielen eine wichtige Rolle in biologischen Systemen, sie sind notwendig für wichtige biologische Prozesse wie Nervenimpulse und Muskelfunktionen.
Die Ladung eines Ions wird durch die Differenz zwischen der Anzahl der Protonen und Elektronen bestimmt.
Die Anzahl der Elektronen in einem Ion kann man bestimmen, indem man die Ladung des Ions zur Anzahl der Protonen hinzufügt.