Back to chapter

2.4:

Ionen und Ionenladungen

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Ions and Ionic Charges

Languages

Share

Atome sind neutrale Teilchen mit gleicher Anzahl von Protonen und Elektronen. Ein Element wird durch die Anzahl der Protonen definiert, die sich nicht ändert;jedoch können viele Atome ein oder mehrere Elektronen gewinnen oder verlieren, um ein geladenes Teilchen zu werden. Wenn ein Atom oder Molekül Elektronen gewinnt oder verliert, wird es als Ion bezeichnet.Da Elektronen eine viel geringere Masse als Protonen haben, tragen sie nicht wesentlich zur Atommasse bei. Daher ist die Atommasse eines Ions im Wesentlichen gleich der Atommasse des neutralen Atoms. Wenn Atome oder Moleküle Elektronen verlieren, werden sie Kationen genannt.Kationen haben eine positive Ladung, weil sie mehr positiv geladene Protonen haben als negativ geladene Elektronen. Kationen erhalten den gleichen Namen wie ihr Element, gefolgt von dem Wort Ion. Ein Calciumatom hat 20 Protonen und 20 Elektronen.Es verliert zwei Elektronen, um ein Calciumion mit 20 Protonen und 18 Elektronen zu werden. Da es nun zwei positive Ladungen mehr als negative Ladungen hat, hat es eine positive Gesamtladung mit zwei positiven Ladungen. Das chemische Symbol für ein Ion wird als chemisches Symbol des Atoms mit der Ladung an der rechten hochgestellten Position geschrieben.Das chemische Symbol für ein Calciumion wird daher als Ca zwei plus geschrieben. Wenn Atome oder Moleküle Elektronen erhalten, werden sie Anionen genannt. Anionen haben eine negative Ladung, weil sie mehr Elektronen als Protonen haben.Anionen werden durch Hinzufügen des Suffixes ide zu ihrem Elementnamen benannt. Ein Fluoratom hat 9 Protonen und 9 Elektronen. Wenn Fluor ein Elektron gewinnt wird es zu einem Fluoridion mit 9 Protonen und 10 Elektronen.Da es nun eine negative Ladung mehr hat als positive Ladungen, hat es eine negative Gesamtladung. Das chemische Symbol für Fluorid wird als F minus geschrieben. Bei Ionen mit einer positiven oder negativen Einzelladung wird die Eins normalerweise weggelassen.Atome verlieren oder gewinnen eine bestimmte Anzahl von Elektronen, wenn sie ein Ion bilden. Viele Ladungen der Ionen, die von den Hauptgruppenelementen gebildet werden, lassen sich anhand des Periodensystems vorhersagen. Die Metalle, die sich auf der linken Seite des Periodensystems befinden, werden Elektronen verlieren.Alkalimetalle der Gruppe 1 verlieren alle ein Elektron und haben eine positive Einzelladung, wenn sie zu einem Ion werden. Erdalkalimetalle der Gruppe 2 verlieren zwei Elektronen und haben zwei positive Ladungen. Die Nichtmetalle auf der rechten Seite des Periodensystems gewinnen Elektronen.Halogene der Gruppe 17 gewinnen ein Elektron und haben eine negative eine Ladung. Elemente der Gruppe 16 erhalten zwei Elektronen und haben zwei negative Ladungen. Viele Übergangsmetalle können Kationen mit unterschiedlichen Ladungen bilden.Edelgase der Gruppe 18 bilden im Allgemeinen keine Ionen.

2.4:

Ionen und Ionenladungen

In ordinary chemical reactions, the nucleus — which contains the protons and neutrons of each atom and thus identifies the element — remains unchanged. Electrons, however, can be added to atoms by transfer from other atoms, lost by transfer to other atoms, or shared with other atoms. The transfer and sharing of electrons among atoms govern the chemistry of the elements. During the formation of some compounds, atoms gain or lose electrons to form electrically charged particles called ions.

When an atom loses electrons, it forms a positive ion called a cation. Cations have more protons than electrons. Likewise, when an atom gains electrons, it forms a negative ion called an anion. Anions have more electrons than protons.

The periodic table helps to predict whether an atom will form an anion or a cation, and also the charge of the resulting ion. Moving from the far left to the right on the periodic table, atoms of main-group metals lose enough electrons to leave them with the same number of electrons as an atom of the preceding noble gas. They form cations with a charge equal to the group number. To illustrate, an atom of an alkali metal (Group 1) loses one electron and forms a cation with a 1+ charge; an alkaline earth metal (Group 2) loses two electrons and forms a cation with a 2+ charge, and so on. For example, a neutral calcium atom, with 20 protons and 20 electrons, readily loses two electrons. This results in a cation with 20 protons, 18 electrons, and a 2+ charge. It has the same number of electrons as atoms of the preceding noble gas, argon, and is symbolized Ca2+. The name of a metal ion is the same as the name of the metal atom from which it forms, so Ca2+ is called a calcium ion.

Moving from the far right to the left on the periodic table,  atoms of nonmetal elements generally gain enough electrons to give them the same number of electrons as an atom of the next noble gas in the periodic table. They form anions with a negative charge equal to the number of groups moved left from the noble gases. For example, atoms of group 17 elements (one group left of the noble gases)  gain one electron and form anions with a 1− charge; atoms of group 16 elements (two groups left) gain two electrons and form ions with a 2− charge, and so on. For example, the neutral bromine atom, with 35 protons and 35 electrons, can gain one electron to provide it with 36 electrons. This results in an anion with 35 protons, 36 electrons, and a 1− charge. It has the same number of electrons as atoms of the next noble gas, krypton, and is symbolized Br.

The trend between the charge of the ion and position of the group on the periodic table can be used as a guide in many cases. However, its predictive value decreases when moving toward the center of the periodic table. Transition metals and some other metals often exhibit variable charges that are not predictable by their location in the table. For example, copper can form ions with a 1+ or 2+ charge, and iron can form ions with a 2+ or 3+ charge.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 2.6: Molecular and Ionic Compounds.

Suggested Reading

  1. Jensen, William B. "The proper writing of ionic charges." Journal of Chemical Education 89, no. 8 (2012): 1084-1085.
  2. Schmid, Roland. "The Noble Gas Configuration-Not the Driving Force but the Rule of the Game in Chemistry." Journal of chemical education 80, no. 8 (2003): 931.
  3. Gillespie, Ronald J. "Electron densities, atomic charges, and ionic, covalent, and polar bonds." Journal of Chemical Education 78, no. 12 (2001): 1688.