Ion

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Ein Ion (v. altgriech.: ἰόν = sich fortbewegend) ist ein elektrisch geladenes Atom. Es enthält mindestens einen positiv geladenen Atomkern. Dessen oder deren Ladung entspricht der Zahl der enthaltenen Protonen. Daneben kann ein Ion Elektronen enthalten. Die elektrische Ladung entsteht durch die unterschiedliche Anzahl von positiven Protonen und negativen Elektronen im Ion. Ionen sind durch Elektronenmangel positiv, oder durch Elektronenüberschuss negativ geladen.

Schnelle Ionen, die sich in einer Richtung bewegen, werden in der Atomphysik, Kernphysik und Teilchenphysik verwendet, siehe Ionenstrahlung, Ionenquelle oder Teilchenbeschleuniger. Ein Plasma (z.B. im Innern der Sterne) ist ein ungeordnetes Ensemble aus schnellen Ionen und Elektronen, die sich bei hoher Temperatur in allen Richtungen bewegen, wie in einem Gas.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich im wesentlichen auf langsame oder stationäre Ionen.

Positiv geladene Ionen werden Kationen, negativ geladene Anionen genannt, da sie jeweils in einem elektrischen Feld zur Kathode (Minuspol) bzw. zur Anode (Pluspol) wandern.

Inhaltsverzeichnis 1 Bildung von Ionen 2 Kennzeichnung 3 Eigenschaften der Ionen 4 Vorkommen 5 Siehe auch

[Bearbeiten] Bildung von Ionen

Positiv geladene Ionen (Kationen) werden gebildet, wenn Atome Elektronen (in der Regel Außenelektronen) abgeben. Dadurch entsteht ein relativer Überschuss an Protonen (positive Ladungsträger), der durch die vorhandenen Elektronen (negative Ladungsträger), nicht mehr ausgeglichen wird - die positiven Ladungen überwiegen, das Ion ist positiv geladen.

Beispiel: Metall-Ionen sind in der Regel positiv geladen.
Gleichung für die Natrium-Ionen-Bildung: Na --> Na⁺ + e^-
Gleichung für die Magnesium-Ionen-Bildung: Mg--> Mg²⁺ + 2e^-

Negativ geladene Ionen (Anionen) werden gebildet, wenn Atome Elektronen aufnehmen. Dadurch entsteht ein relativer Überschuss an Elektronen (negative Ladungsträger), der durch die vorhandenen Protonen (positive Ladungsträger) nicht mehr ausgeglichen wird - die negativen Ladungen überwiegen, das Ion ist negativ geladen.

Beispiel: Nichtmetall-Ionen sind in der Regel negativ geladen.
Gleichung für die Chlorid-Ionen-Bildung: Cl + e^- --> Cl^-
Gleichung für die Sulfid-Ionen-Bildung: S + 2e^- --> S^2-

Ionen bilden sich vor allem spontan bei der Lösung von Salzen in polaren Lösungmitteln (Wasser) z.B. NaCl (fest) + H₂0 --> Na⁺(gelöst) + Cl^-(gelöst), z.B.in den wässrigen Milieus von Zellen und Organismen (-->Elektrolytlösung). Hier spielen sie eine entscheidende Rolle für die elektrischen Erscheinungen an Membranen, insbesondere für die Erregbarkeit (Membranpotential, Aktionspotential).

[Bearbeiten] Kennzeichnung

Ein Ion wird in der Chemie allgemein mit NiMe^n- (Nichtmetall-Ion) oder mit Meⁿ⁺ (Metall-Ion) gekennzeichnet.

Beispiele sind:

• Na⁺ - Natrium-Ion (n wird hier weggelassen, da n gleich eins ist)
• S^2- - Sulfid-Ion
• NH₄⁺ - Ammonium-Ion, ein zusammengesetztes Ion

[Bearbeiten] Eigenschaften der Ionen

Der Radius von Ionen unterscheidet sich von dem des entsprechenden Atoms. Der Kationenradius ist kleiner – aufgrund der Nichtbesetzung der äußeren Orbitale –, der der Anionen meistens größer, da die äußeren Orbitale mit Elektronen aufgefüllt und/oder weitere Orbitale neu besetzt werden. Abhängig vom Verhältnis von Ladung zu Radius wirken Ionen unterschiedlich polarisierend in chemischen Bindungen.

Ionen unterschiedlicher Ladung bilden durch die Ionenbindung Salze. Lösungen, die ionische Substanzen enthalten, leiten elektrischen Strom und heißen daher Elektrolyte.

Ein cyclisches Ion ist ein Ion, das in einer Ringstruktur aufgebaut ist (zyklische Verbindungen).

[Bearbeiten] Vorkommen

Ionen mit mehr als 3 Unter- oder Überschussladungen kommen in der Chemie nur selten vor. In der Physik werden sie zu bestimmten experimentellen Zwecken erzeugt.

Ionisierte Edelgase können Ionenbindungen eingehen. Edelgas-Halogenid-Verbindungen werden in Excimerlasern verwendet.

Bei Molekülen mit zwei oder mehreren funktionellen Gruppen kann es vorkommen, dass sie an einer Gruppe eine positive, an einer anderen eine negative Ladung tragen (insgesamt ist das Molekül dann neutral). Solche polaren Moleküle werden auch als Zwitterionen bezeichnet.

Elektrolyte spielen eine große Rolle in Stoffwechselvorgängen und in Batterien.

[Bearbeiten] Siehe auch

• Schwach koordinierende Ionen