Basiswissen

Als Ion bezeichnet man ein unsichtbar kleines Teilchen, etwa so groß wie Atome oder Moleküle. Ein Ion ist entweder elektrisch positiv (+) oder negativ (-) geladen. Ionen entstehen aus Atomen und Molekülen, wenn diese Elektronen (-) aufnehmen oder abgeben.^[1] Das ist hier kurz erklärt.

Am Anfang: das neutrale Atom

Atome bestehen aus einem Kern und einer Hülle. Im Kern befinden sich elektrisch positiv geladene Teilchen, die sogenannten Protonen. In der Hülle, um den Kern herum, befinden sich negativ geladene Teilchen, die Elektronen. Die Ladung eines Protons ist gleich stark wie die Ladung eines Elektrons, aber entgegen gesetzt. Daher gleichen sich die Ladungen von einem Proton und einem Elektron gegenseitig aus, ähnlich wie sich die Zahlen -1 und +1 bei einer Addition zu 0 ausgleichen. Da es in eine Atom immer genau so viele Protonen wie auch Elektronen gibt, ist die Summe aller Ladungen daher 0.

MERKSATZ:

1.0 Atome sind elektrisch neutral. Ein elektrisch neutrales Atom hat genau so viele Protonen wie Elektronen.

Das Atom als Ganzes ist weder elektrisch positiv noch elektrisch negativ sondern elektrisch neutral.^[5] Mehr dazu im Artikel zum Atom ↗

Ionen aus Atomen

Wenn es gelänge, dass man aus einem Atom eines oder mehrere Elektronen entfernt, dann gäbe es in diesem Atom mehr Protonen (+) als Elektronen (-). Dann würden die Protonen mit ihren positiven Ladungen sozusagen "gewinnen" und das gesamte Körperchen wäre überwiegend positiv geladen.^[6] Man spricht dann von einem Ion. Ein positiv geladenes Ion nennt man auch ein Kation ↗

Wenn es gelänge, dass man einem Atom ein weiteres Elektron hinzufügt, dann gäbe es in diese Atom mehr Elektronen (-) als Protonen (+).^[7] Dann wäre das gesamte Atom überwiegend negative geladen. Auch dann spräche man von einem Ion. Ein negativ geladenes Ion nennt man auch Anion ↗

MERKSATZ:

2.0 Positive Ionen heißen auch Kation. Negative Ionen nennt man Anion. Der Prozess, der zu einem Ion führt heißt Ionisation.

Es gibt in der Natur und Technik verschiedene Möglichkeiten, wie man eine Atom Elektronen entzieht oder sie hinzufügt. Die Anzahl der Protonen im Kern bleibt dabei immer unverändert. Bei einer sogenannten Ionisation ist es immer nur die Anzahl der Elektronen, die verändert wird. Siehe mehr unter Ionisation ↗

Ionen aus Molekülen

Wenn sich mehrere Atome stabil zusammenschließen bilden sie ein sogenanntes Molekül. Auch Moleküle können ionisiert werden. Das ganze Molekül ist an sich elektrisch neutral. Aber durch eine Aufnahme oder Abgabe von Elektronen kann es wie ein Atom ionisiert werden. Neben dieser Möglichkeit gibt es noch den Fall, dass ein Molekül in mehrere Teile gespalten wird. Das passiert zum Beispiel, wenn man die Moleküle von Kochsalz (NaCl) in Wasser gibt. Das Molekül NaCl (Natriumchlorid) ist elektrisch neutral. Im Wasser wird es aber aufgespalten in ein positives Kation Na+ und ein negatives Anion Cl-. Das ist nur eines von vielen Beispielen.^[7] Siehe mehr dazu unter Dissoziation (Chemie) ↗

Protonen und Elektronen sind keine Ionen

Es gibt in der Natur auch isolierte Protonen und Elektronen. Man spricht von freien Teilchen. Diese Teilchen sind auch geladen, dennoch bezeichnet man sie nicht als Ionen. Treten sie in größerer Anzahl auf, spricht man von einem Plasma. Das tritt etwa in einem Fusionsreaktor oder im inneren der Sonne auf. Siehe dazu mehr im Artikel Plasma ↗

Fußnoten

[1] "Ion, elektrisch geladenes Teilchen atomarer oder molekularer Größenordnung, das aus einem neutralen Atom oder Molekül durch Hinzufügen (negatives Ion, Anion) oder Entfernen (positives Ion, Kation) von einem oder mehreren Elektronen entsteht." In: der Artikel "Ion". Spektrum Lexikon der Physik. Stand 20. November 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/ion/7424

[2] Zur mythologischen Bedeutung des Wortes heißt es: "Ion, der myth. Stammvater der hellenischen Joner, Sohn des Xuthus (nach anderer Mythe des Apollo) u. der Kreusa; sein Name war besonders in Athen, der jon. Glanzstadt, gefeiert, und Euripides bearbeitete seine Jugendschicksale in einer noch vorhandenen Tragödie." In: Herders Conversations-Lexikon. Freiburg im Breisgau 1855, Band 3, S. 431. Online: http://www.zeno.org/nid/20003387445

[3] Zur ursprünglichen Definition von Ion von Michael Faraday aus dem Jahr 1834: "Finally, I require a term to express those bodies which can pass to the electrodes, or, as they are usually called, the poles. Substances are frequently spoken of as being electro-negative, or electro-positive, according as they go under the supposed influence of a direct attraction to the positive or negative pole. But these terms aremuch too significant for the use to which I should have to put them ; for though the meanings are perhaps right, they are only hypothetical, and may be wrong; and then, through a very imperceptible, but still very dangerous, because continual, influence, they do great injury to science, by contracting and limiting the habitual views of those engaged in pursuing it. I propose to distinguish these bodies by calling those anions which go to the anode of the decomposing body; and those passing to the cathode, cations; and when I have occasion to speak of these together, I shall call them ions. Thus, the chloride of lead is an electrolyte, and when electrolyzed evolves the two ions, chlorine and lead, the former being an anion, and the latter a cation." In: Faraday Michael: Experimental researches in electricity. Seventh SeriesPhil. Trans. R. Soc.12477–122. 1834VI. Online: http://doi.org/10.1098/rstl.1834.0008

[4] Zum Stand der Kenntnis im 19ten Jahrhundert: " Ionentheorie. Früher nahm man an, daß bei der Elektrolyse die Moleküle durch die elektrische Kraft in ihre entgegengesetzt geladenen Teile (Atome, Molekülreste, von Faraday die Ionen genannt) zerrissen würden. Damit war aber nicht in Übereinstimmung zu bringen, daß schon die kleinste elektrische Kraft Elektrolyse, wenigstens galvanische Polarisation hervorzurufen vermag. Clausius machte deshalb die Annahme, daß in Elektrolyten stets, auch ohne Einwirkung der elektrischen Kraft, lediglich durch die gegenseitigen Stöße der Moleküle ein Teil der letztern in Ionen zerspalten sei. Dieser Zustand wird als elektrolytische Dissoziation bezeichnet. Die Elektrizitätsleitung in dem Elektrolyten besteht darin, daß die positiv geladenen Ionen zur Kathode, die negativ geladenen zur Anode strömen." Und dann noch sehr ausführlich weiter, etwa zu Elektronen in Kathodenstrahlröhren. In: Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 9. Leipzig 1907, S. 905-906. Online: http://www.zeno.org/nid/2000682689X

[5] Zur modernen Definition eines Atoms: "Atom, das kleinste elektrisch neutrale Teilchen eines chem. Elements, das mit chem. Mitteln nicht weiter teilbar ist und dessen Eigenschaften das chem. und physikalische Verhalten des Elements bestimmen." In: der Artikel Atom. Spektrum Lexikon der Chemie. Stand 20. November 2024. Siehe auch Atom ↗

[6] "Durch Abspalten von Elektronen entstehen aus neutralen Atomen positiv geladene Ionen." In: Dorn.Bader. Physik SII Gesamtband Gymnasium. Westermann Bildungsmedien. Braunschweig. 2023. ISBN: 978-3-14-152376-8. Dort die Seite 370.

[7] "Negative geladene Ionen werde gebildet, wenn sich Elektronen an neutrale Atome anlagern" In: Dorn.Bader. Physik SII Gesamtband Gymnasium. Westermann Bildungsmedien. Braunschweig. 2023. ISBN: 978-3-14-152376-8. Dort die Seite 370.

[8] "Kaliumpermanganat dissoziiert (dissociare, lat.: trennen) in K⁺-Ionen und MnO₄⁻-Ionen." In: Metzler Physik. 5. Auflage. 592 Seiten. Westermann Verlag. 2022. ISBN: 978-3-14-100100-6. Dort die Seite 208.