Ionen und Ionenbindung

Aus einem neutralen Atom wird ein Ion

Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Teilchen. Es kann aus einem Atom oder einer verbundenen Atomgruppe bestehen. Hier beginnen wir mit einatomigen Ionen. Ein neutrales Atom besitzt gleich viele positive Protonen wie negative Elektronen. Gibt es Elektronen ab oder nimmt es welche auf, ist diese Bilanz nicht mehr ausgeglichen.

Ein Kation ist positiv geladen: Es hat weniger Elektronen als Protonen. Ein Anion ist negativ geladen: Es hat mehr Elektronen als Protonen. Bei gewöhnlicher Ionenbildung durch Elektronenübertragung bleibt der Atomkern unverändert. Das Element wird deshalb nicht zu einem anderen Element.

Ein Magnesiumatom mit zwölf Protonen und zwölf Elektronen kann zwei Elektronen abgeben. Danach besitzt Mg²⁺ zwölf Protonen, aber zehn Elektronen. Das hochgestellte 2+ bezeichnet die Ladung eines Ions, nicht die Anzahl der Magnesiumatome.

Natrium und Chlor Schritt für Schritt

1. Außenelektronen bestimmen: Natrium hat die Schalenbelegung 2 | 8 | 1, Chlor 2 | 8 | 7. Für viele einfache Hauptgruppenionen hilft die abgeschlossene Außenschale als Orientierung.

2. Elektronen bilanzieren: Ein Natriumatom gibt ein Elektron ab; ein Chloratom nimmt eines auf. Natrium wird dadurch positiv, Chlor negativ. „Ein negatives Teilchen verlieren“ führt also zu einer positiveren Ladung.

3. Teilchenzahlen prüfen: Im Na⁺ stehen elf Protonen zehn Elektronen gegenüber. Im Cl⁻ stehen 17 Protonen 18 Elektronen gegenüber. Zusammen sind es vor und nach der Übertragung 28 Protonen und 28 Elektronen.

4. Stoffbildung einordnen: Die Ionen ordnen sich zu einem Kristall. Die vollständige Reaktionsgleichung berücksichtigt, dass Chlor als Cl₂ vorliegt:

Die Gleichung ist eine Stoffbilanz, keine Versuchsanleitung. Die einzelnen Bilder erklären ausgewählte Aspekte der Bindungsbildung und zeigen keinen maßstäblichen Film einer realen Reaktion.

Was hält ein Salz zusammen?

Eine Ionenbindung ist die elektrostatische Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen. In einem Kristall wirken Anziehungen und Abstoßungen in viele Richtungen. Die regelmäßige Anordnung heißt Ionengitter. Sie lässt sich nicht auf ein einziges fest zugeordnetes Paar aus einem Kation und einem Anion reduzieren.

Die Abgabe eines Elektrons kostet zunächst Energie. „Atome wollen acht Elektronen“ erklärt deshalb allein nicht, warum eine Salzbildung stattfinden kann. Entscheidend ist die Energiebilanz des gesamten Vorgangs, zu der auch die Bildung des stabilen Gitters gehört. Die Edelgaskonfiguration ist eine hilfreiche Regel für viele einfache Ionen, aber kein universelles Naturgesetz.

Natriumionen haben andere Eigenschaften als Natriummetall; Chloridionen sind nicht dasselbe wie Chlorgas. Aus den Eigenschaften der Ausgangsstoffe kannst du die Eigenschaften des Salzes nicht einfach zusammenmischen.

Salzformeln über die Gesamtladung aufstellen

Eine Verhältnisformel gibt das kleinste ganzzahlige Zahlenverhältnis der Ionen an. Schreibe zuerst die Ionen samt Ladungen auf. Suche dann die kleinste Anzahl, bei der sich positive und negative Ladungen aufheben. Zuletzt schreibst du diese Anzahl als tiefgestellten Index; die 1 entfällt.

Magnesiumchlorid: Mg²⁺ benötigt zwei Cl⁻. Die Kontrolle lautet (+2) + 2 · (−1) = 0. Daraus folgt MgCl₂. Ein einzelnes Cl⁻ würde die Ladung nicht ausgleichen.

Aluminiumoxid: Zwei Al³⁺ liefern insgesamt +6, drei O²⁻ insgesamt −6. Deshalb lautet die Formel Al₂O₃. Die Indizes 2 und 3 beschreiben Teilchenzahlen im Verhältnis, keine Ionenladungen.

Magnesiumoxid: Mg²⁺ und O²⁻ gleichen sich bereits im Verhältnis 1 : 1 aus. Die Formel ist MgO, nicht Mg₂O₂. Kürze das Verhältnis auf die kleinsten ganzen Zahlen.

Vom Gitter zu den Stoffeigenschaften

Viele Salze haben hohe Schmelztemperaturen: Um das feste Gitter aufzulösen, muss Energie zugeführt werden. Salzkristalle sind häufig spröde. Werden Gitterbereiche verschoben, können gleich geladene Ionen nebeneinander geraten; ihre Abstoßung begünstigt den Bruch.

Festes Natriumchlorid leitet elektrischen Strom im üblichen Schulversuch nicht merklich, obwohl es geladene Teilchen enthält. Die Ionen sind an Gitterplätze gebunden. In der Schmelze oder in wässriger Lösung können sie sich bewegen und Ladung transportieren.

Nicht jedes Salz löst sich gut in Wasser. Die Leitfähigkeit einer Salzlösung setzt gelöste, bewegliche Ionen voraus. Verwechsle „aus Ionen aufgebaut“ deshalb nicht mit „beliebig gut löslich“.

Unterrichtsimpuls: Bilanz vorhersagen

Zeige die neutralen Atome und lasse vor dem nächsten Klick die Elektronenzahlen und Ladungen nach der Übertragung vorhersagen. Frage beim Gitter: „Warum ist der Kristall neutral, obwohl jedes eingezeichnete Teilchen geladen ist?“ Als Transfer eignet sich MgCl₂: Lass zwei Chloridionen begründen, statt die Formel nur auswendig nennen.

Sechs Aufgaben zum Selbstcheck

Erst selbst lösen, dann die Lösung öffnen.

Kostenlos üben und nachschlagen

Kostenloses PDF

Ionenbildung und elektrische Ladung – kostenloses Chemie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)

Protonen, Elektronen und Ionenladungen gezielt üben.

Zum kostenlosen Material →

Kostenloses PDF

Ionen, Salze & Ionenbindung – kostenloses Chemie-Arbeitsblatt mit Lösungen (PDF)

Salzbildung und Verhältnisformeln mit Lösungen anwenden.

Zum kostenlosen Material →

Kostenloses PDF

Ionen, Salze & Verhältnisformeln – Chemie Lernkarte A5

Ladungsausgleich und Salzformeln kompakt wiederholen.

Zum kostenlosen Material →

Ein Nachschlagewerk für die weitere Chemie

Kaufbares Nachschlagewerk

Basiswissen Schule - Chemie 5. bis 10. Klasse

Das Duden-Basiswissen behandelt Stoffe und ihre Eigenschaften, chemische Reaktionen und das Periodensystem. Es ergänzt die Übungen dieser Seite durch ein umfassenderes Nachschlagewerk für die Sekundarstufe I.

Preis und Buchdetails ansehen →