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Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Atom oder Molekül. Atome oder Moleküle haben im neutralen Zustand genau so viele Elektronen wie Protonen. Ionen entstehen, wenn ein Atom oder Molekül ein oder mehrere Elektronen weniger oder mehr als im Neutralzustand haben. Ionen sind bei Elektronenmangel positiv und bei Elektronenüberschuss negativ geladen.

Wo kommen Ionen vor?

Auf dem Etikett von Minerallwasser sieht man häufig die Bezeichnungen wie: %%Na^+\;,\;Ca^{2+},Mn^{2+}\;,NO_{3^-}%%

Bei Mineralwasser handelt es sich um eine Art Grundwasser, das natürlich auch mit Gestein in Kontakt gekommen ist. Da auch Gesteine nichts anderes sind als Vermischungen von Mineralien (= [Salze(Link) bzw. salzartige Verbindungen), stammen die Ionen also aus den Salzen, die sich im Wasser gelöst haben.

Mineralwasser Abb.1: Mineralwasser

Zudem finden Ionen viele Technische Anwendungen.

Lithium-Ionen-Akku Abb. 2: Lithium-Ionen-Akku

Der Lithium-Ionen-Akkumulatoren weisen im Vergleich zu anderen Akkumulatortypen eine hohe spezifische Energie auf.

Ionenabtrieb Abb.3: Xenon-Ionentriebwerks der NASA

Ionenantriebe sind in der Raumfahrt schwache aber sehr effektive Antriebe

Linearbeschleuniger Abb.4: Linearbeschleuniger

Mit Schwerionen werden bösartige Tumore bestrahlt.

Salzlampen Abb.5: Salzlampen Salzlampen sollen die schädlichen positiven Ionen der Umwelt neutralisieren, indem sie negative Ionen abgeben.

Bildung von Ionen

Ionen bilden sich aus Atomen, wenn diese Elektronen abgeben oder aufnehmen. Obwohl die Trennung von Ladungen einen Energieaufwand verursacht, können die gebildeten Ionen energetisch günstig sein, wenn sie besonders stabile Konfigurationen haben, zum Beispiel die Oktettregel erfüllen.

Kationen

Positiv geladene Ionen, sogenannte Kationen, werden gebildet, wenn Atome Elektronen abgeben. Da der Atomkern nach wie vor eine identische positive Ladung besitzt (im neutralen Atom entspricht die Anzahl der Protonen im Kern exakt der Anzahl der ihn umgebenden Elektronen), erscheint das Ion in seiner Gesamtheit als ein positiv geladenes Teilchen.

Beispiel: Metall-Ionen sind in der Regel positiv geladen.
Gleichung für die Natrium-Ionen-Bildung: %%Na\;\rightarrow\;Na^+\;+\;e^-%%
Gleichung für die Magnesium-Ionen-Bildung: %%Mg\;\rightarrow\;Mg^{2+}\;+\;2e^-%%

Anionen

Negativ geladene Ionen (Anionen) werden gebildet, indem Atome Elektronen aufnehmen. Dadurch entsteht ein 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^-\;\rightarrow\;Cl^-%%
Gleichung für die Sulfid-Ionen-Bildung: %%S+2e^-\rightarrow S2^-%%

Bewegliche Ionen bilden sich spontan, wenn Salze in polaren Lösungsmitteln (Wasser) gelöst werden, z. B.

%%\mathrm{{NaCl} {\longrightarrow} {Na} + {Cl}}%%


Quellenangabe:

Teile des Artikels sind in veränderter Form übernommen aus Wikipedia.

  • Abb. 2: übernommen und bearbeitet aus Wikipedia von Claus Ableiter
  • Abb. 5: übernommen und bearbeitet aus Wikipedia von Andrew Bossi
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