Was sind Ionen, und wie sagst du ihre Ladung voraus?

Atome sind neutral, Ionen nicht

Ein Atom hat positiv geladene Protonen in seinem Kern und negativ geladene Elektronen um ihn herum. In einem neutralen Atom sind die Anzahlen gleich, daher heben sich die Ladungen auf. Ein Natriumatom hat 11 Protonen und 11 Elektronen, daher ist seine Gesamtladung null.

Bei einer chemischen Reaktion verändert sich der Kern nicht, aber Elektronen können von einem Atom zum anderen wandern. Wenn ein Atom am Ende eine andere Anzahl an Elektronen als an Protonen hat, trägt es eine Gesamtladung und heißt Ion. Du findest die Ladung mit einer Subtraktion: Ladung = Protonen − Elektronen.

Kationen und Anionen

Wenn ein Atom Elektronen abgibt, hat es mehr Protonen als Elektronen, daher ist seine Ladung positiv. Ein positives Ion heißt Kation. Natrium gibt 1 Elektron ab: 11 Protonen − 10 Elektronen = +1, also ist das Ion Na⁺. Magnesium gibt 2 Elektronen ab: 12 Protonen − 10 Elektronen = +2, geschrieben Mg²⁺.

Wenn ein Atom Elektronen aufnimmt, hat es mehr Elektronen als Protonen, daher ist seine Ladung negativ. Ein negatives Ion heißt Anion. Chlor nimmt 1 Elektron auf: 17 Protonen − 18 Elektronen = −1, also ist das Ion Cl⁻. Sauerstoff nimmt 2 Elektronen auf: 8 Protonen − 10 Elektronen = −2, geschrieben O²⁻.

Um eine Ladung zu schreiben, setzt du die Zahl zuerst und das Vorzeichen danach, hochgestellt: Mg²⁺, nicht Mg⁺². Ist die Ladung 1, lässt du die Zahl weg, wie bei Na⁺ und Cl⁻.

Warum Atome Elektronen aufnehmen oder abgeben

Atome sind mit einer vollen Außenschale am stabilsten, wie die Edelgase. Die Elektronen von Natrium sind als 2, 8, 1 angeordnet. Gibt es sein einziges Außenelektron ab, bleibt 2, 8, dieselbe Anordnung wie bei Neon. 7 Elektronen aufzunehmen würde weit mehr Energie kosten, daher gibt Natrium 1 ab.

Chlor ist als 2, 8, 7 angeordnet. Die Aufnahme von nur 1 Elektron ergibt 2, 8, 8, wie bei Argon. Allgemein haben Metalle nur wenige Außenelektronen und neigen dazu, sie abzugeben und Kationen zu bilden, während Nichtmetalle viele Außenelektronen haben und dazu neigen, weitere aufzunehmen und Anionen zu bilden.

Ladungen aus der Gruppe vorhersagen

Bei Hauptgruppenelementen verrät dir das Periodensystem die übliche Ladung. Metalle der Gruppe 1 bilden +1-Ionen (Li⁺, Na⁺, K⁺), Metalle der Gruppe 2 bilden +2-Ionen (Mg²⁺, Ca²⁺), und Aluminium in Gruppe 13 bildet Al³⁺.

Auf der rechten Seite zählst du, wie viele Elektronen jedes Atom braucht, um 8 zu erreichen. Elemente der Gruppe 15 haben 5 Außenelektronen und brauchen 3 weitere, daher bilden sie −3-Ionen (N³⁻). Elemente der Gruppe 16 brauchen 2 weitere und bilden −2-Ionen (O²⁻, S²⁻), und Elemente der Gruppe 17 brauchen 1 weiteres und bilden −1-Ionen (F⁻, Cl⁻, Br⁻). Edelgase haben bereits eine volle Schale, daher ist ihre Ladung 0. Kohlenstoff und Silicium in Gruppe 14 teilen meist Elektronen, statt einfache Ionen zu bilden.

Viele Übergangsmetalle können mehr als ein Ion bilden. Eisen bildet Fe²⁺ und Fe³⁺, und Kupfer bildet Cu⁺ und Cu²⁺. Ihre Namen verwenden eine römische Zahl, um die Ladung anzugeben: Eisen(II) bedeutet Fe²⁺ und Eisen(III) bedeutet Fe³⁺.

Ionen benennen und kombinieren

Ein Kation behält den Namen seines Elements: Na⁺ ist das Natrium-Ion und Ca²⁺ das Calcium-Ion. Ein einatomiges Anion ändert seine Endung zu -id: Chlor wird zu Chlorid (Cl⁻), Sauerstoff zu Oxid (O²⁻), Schwefel zu Sulfid (S²⁻) und Stickstoff zu Nitrid (N³⁻).

In einer Verbindung müssen sich die positiven und negativen Ladungen zu null addieren. Na⁺ und Cl⁻ gleichen sich eins zu eins aus und ergeben NaCl, Speisesalz. Calciumchlorid braucht zwei Cl⁻-Ionen auf jedes Ca²⁺, daher lautet seine Formel CaCl₂. Aluminiumoxid braucht zwei Al³⁺-Ionen (insgesamt +6) und drei O²⁻-Ionen (insgesamt −6), daher ist es Al₂O₃.