Gibt ein Atom Elektronen ab, wird es zum positiven Kation; nimmt es Elektronen auf, wird es zum negativen Anion. Kationen und Anionen ziehen sich an und bilden zusammen Salze wie Kochsalz.
Ein Ion ist ein , das abgegeben oder aufgenommen hat und darum geladen ist. Positive Ionen heissen Kationen, negative Ionen heissen Anionen. Am Schluss bestimmst du die Ladung eines Ions und stellst die Formel eines Salzes auf.
Vom Atom zum Ion
Ein Atom hat gleich viele im Kern wie Elektronen in der Hülle. Darum ist es nach aussen neutral.
Gibt das Atom Elektronen ab oder nimmt es welche auf, stimmt das nicht mehr: Es wird zum Ion. Die Ladung rechnest du so: Zahl der Protonen minus Zahl der Elektronen. Die Protonen ändern sich dabei nie.
MerkeLadung eines Ions = Protonen minus Elektronen.
Kationen: Metalle geben Elektronen ab
Metall-Atome haben wenige und geben sie ab. Weil Elektronen negativ sind, wird das Ion positiv: ein Kation.
In den I bis III ist die Ladung die Gruppennummer: Na+, Mg2+, Al3+. Diese Ionen haben aussen eine volle Schale wie ein .
Eisen steht in keiner Hauptgruppe. Es bildet Fe2+ und Fe3+, beide ohne Edelgas-Hülle.
MerkeKationen sind positiv. Das t in «Kation» sieht aus wie ein Plus.
Anionen: Nichtmetalle nehmen Elektronen auf
Nichtmetall-Atome der Hauptgruppen V bis VII haben 5 bis 7 Valenzelektronen. Sie nehmen Elektronen auf, bis sie 8 haben. Dadurch wird das Ion negativ: ein Anion.
Die Ladung ist Gruppennummer minus 8: N3− (V), O2− (VI), Cl− (VII). Der Name des Anions endet auf -id: Chlorid, Fluorid, Bromid, Iodid, Oxid, Sulfid, Nitrid.
MerkeHauptgruppe I bis III: Ladung + Gruppennummer. Hauptgruppe V bis VII: Ladung Gruppennummer minus 8.
Die Ionenbindung
Trifft ein Metall auf ein Nichtmetall, wandern Elektronen vom Metall zum Nichtmetall. Kationen und Anionen ziehen sich an: Das ist die Ionenbindung.
Die Anziehung wirkt in alle Richtungen. So entsteht ein regelmässiges Ionengitter. Im Kochsalz hat jedes Na+ sechs Cl− als Nachbarn und umgekehrt. Ein Stoff aus Ionen heisst Salz.
MerkeIonenbindung: Kationen und Anionen ziehen sich an, meist zwischen Metall und Nichtmetall.
Die Formel eines Salzes
Ein Salz ist nach aussen neutral. Die positiven und negativen Ladungen müssen sich also ausgleichen. Die Formel gibt nur das Zahlenverhältnis der Ionen an, denn gibt es im Salz keine.
Magnesiumchlorid: Mg2+ braucht zwei Cl−, also MgCl2. Aluminiumoxid: Zwei Al3+ bringen +6, drei O2− bringen −6, also Al2O3. Im Namen steht das Metall vorne, das Anion mit -id hinten.
MerkePlus und Minus müssen zusammen null ergeben.
Mehratomige Ionen
Manche Ionen bestehen aus mehreren Atomen, die fest zusammenhalten und gemeinsam eine Ladung tragen. Die wichtigsten: Ammonium NH4+, Hydroxid OH−, Nitrat NO3−, Hydrogencarbonat HCO3−, Carbonat CO32−, Sulfat SO42− und Phosphat PO43−.
Braucht eine Formel ein solches Ion mehrmals, kommt es in Klammern: Calciumnitrat ist Ca(NO3)2.
Eigenschaften der Salze
Die Anziehung im Ionengitter ist stark. Darum sind Salze fest und schmelzen erst sehr heiss, Kochsalz bei 801 °C. Salze sind hart, aber spröde: Bei einem Schlag stossen sich gleiche Ladungen ab, der Kristall bricht.
Festes Salz leitet keinen Strom, die Ionen sitzen fest. In der Schmelze oder in Wasser gelöst sind sie beweglich und leiten.
Ionen und Ionenbindung auf einen Blick: die wichtigsten Regeln.
Häufige Fehler
✕Ein Kation hat Elektronen aufgenommen, darum ist es positiv.
✓Elektronen sind negativ. Ein Kation hat Elektronen abgegeben, jetzt überwiegen die positiven Protonen.
✕Magnesiumchlorid hat die Formel MgCl.
✓Mg2+ trägt zwei Plusladungen, Cl− nur eine Minusladung. Es braucht zwei Chlorid-Ionen: MgCl2.
✕Das Magnesium-Ion schreibt man Mg+2.
✓Zuerst die Zahl, dann das Vorzeichen: Mg2+. Bei einer einfachen Ladung steht nur das Vorzeichen: Na+.
✕Kochsalz besteht aus NaCl-Molekülen.
✓Kochsalz ist ein Ionengitter aus Na+ und Cl−. Die Formel NaCl sagt nur, dass es gleich viele Natrium- wie Chlorid-Ionen hat.
Begriffe zum Nachschlagen
Ion
Geladenes Teilchen. Es entsteht, wenn ein Atom Elektronen abgibt oder aufnimmt.
Kation
Positiv geladenes Ion, zum Beispiel Na+. Es hat weniger Elektronen als Protonen.
Anion
Negativ geladenes Ion, zum Beispiel Cl−. Es hat mehr Elektronen als Protonen.
Ionenbindung
Zusammenhalt von Kationen und Anionen durch ihre entgegengesetzte Ladung. Typisch zwischen Metall und Nichtmetall.
Salz
Stoff, der aus Kationen und Anionen aufgebaut ist, zum Beispiel Kochsalz NaCl oder Kalk CaCO3.
Ionengitter
Regelmässige Anordnung von Kationen und Anionen in einem Salzkristall.
Mehratomiges Ion
Ion aus mehreren Atomen, die gemeinsam eine Ladung tragen, zum Beispiel SO42−.
Valenzelektronen
Die Elektronen auf der äussersten Schale. Sie werden bei der Ionenbildung abgegeben oder ergänzt.
Edelgaskonfiguration
Volle äusserste Schale wie bei einem Edelgas. Ionen der Hauptgruppen erreichen sie: Na+ hat dieselbe Hülle wie Neon.
Magnesium hat 12 Protonen und steht in der Hauptgruppe II. Welches Ion bildet es? Gib die Ladung an und vergleiche mit einem Edelgas.
Lösung Schritt für Schritt
Die Elektronen verteilen sich auf die Schalen: 2, 8, 2. Auf der äussersten Schale liegen 2 Valenzelektronen.
Magnesium ist ein Metall und gibt die 2 Valenzelektronen ab. Übrig bleiben 10 Elektronen.12−2=10
Ladung: Protonen minus Elektronen.12−10=+2
Mit 10 Elektronen in den Schalen 2, 8 hat das Ion dieselbe Hülle wie das Edelgas Neon.
Magnesium bildet das Kation Mg2+ mit der von Neon.
Beispiel 2Das Oxid-Ion
Sauerstoff hat 8 Protonen und steht in der Hauptgruppe VI. Welches Ion bildet er?
Lösung Schritt für Schritt
Schalen: 2, 6. Sauerstoff hat 6 Valenzelektronen. Bis zu einer vollen Aussenschale mit 8 Valenzelektronen fehlen 2.8 Valenzelektronen−6 Valenzelektronen=2
Als Nichtmetall nimmt Sauerstoff 2 Elektronen auf. Statt 8 Elektronen hat es dann 10, verteilt auf die Schalen 2, 8.8+2=10 Elektronen
Ladung: Protonen minus Elektronen.8−10=−2
Das Anion des Sauerstoffs heisst Oxid-Ion. Es hat ebenfalls die Hülle von Neon.
Sauerstoff bildet das Anion O2−, das Oxid-Ion.
Beispiel 3Streusalz bei grosser Kälte
Im Winter streut der Werkdienst in Davos auf Trottoirs Salz gegen Glatteis. Bei sehr tiefen Temperaturen wird neben Kochsalz auch Calciumchlorid eingesetzt. Calcium steht in der Hauptgruppe II, Chlor in der Hauptgruppe VII. Stelle die Formel von Calciumchlorid auf.
Lösung Schritt für Schritt
Calcium ist ein Metall der Hauptgruppe II und gibt 2 Elektronen ab: Ca2+.
Chlor ist ein Nichtmetall der Hauptgruppe VII und nimmt 1 Elektron auf: Cl−.7−8=−1
Ein Ca2+ bringt zwei Plusladungen. Dafür braucht es zwei Cl−.(+2)+2·(−1)=0
Das Metall kommt in der Formel zuerst, die Zahl der Chlorid-Ionen steht klein dahinter.
Calciumchlorid hat die Formel CaCl2: ein Calcium-Ion auf zwei Chlorid-Ionen.
Beispiel 4Die Schutzschicht der Velofelge
Lara wäscht in Luzern ihr Velo mit Aluminiumfelgen. Das Aluminium ist von einer dünnen Schicht Aluminiumoxid überzogen, die es vor Korrosion schützt. Aluminium steht in der Hauptgruppe III, Sauerstoff in der Hauptgruppe VI. Stelle die Formel von Aluminiumoxid auf.
Gesucht ist die kleinste Zahl, die durch 3 und durch 2 teilbar ist: 6.
Für +6 braucht es zwei Aluminium-Ionen, für −6 drei Oxid-Ionen.2·(+3)+3·(−2)=0
Formel mit dem Metall vorne:Al2O3
Aluminiumoxid hat die Formel Al2O3: zwei Aluminium-Ionen auf drei Oxid-Ionen.
Jetzt du
3Übungen mit Lösungen
Fang beim Einstieg an. Klapp die Lösung erst auf, wenn du selbst gerechnet hast. Steckst du fest, gibt Fox dir einen Tipp.
1
Sortiere in Kationen und Anionen: Na+, Cl−, Ca2+, S2−.
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Ergebnis: Kationen: Na+, Ca2+. Anionen: Cl−, S2−.
Kationen sind positiv geladen: Plus-Zeichen.
Anionen sind negativ geladen: Minus-Zeichen.
2
Ein Atom gibt 2 Elektronen ab. Welche Ladung hat das Ion?
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Ergebnis: 2+, das Ion ist zweifach positiv.
Jedes Elektron trägt eine negative Ladung.
Fehlen 2 Elektronen, überwiegen die Protonen um 2: Ladung 2+.
3
Kalium steht in der Hauptgruppe I. Welches Ion bildet es?
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Ergebnis: K+, ein Kation.
Kalium hat 1 Valenzelektron.
Als Metall gibt es dieses Elektron ab: Ladung +1.
4
Wie heisst das Anion des Chlors, und welche Ladung hat es?
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Ergebnis: Chlorid-Ion, Cl−.
Chlor hat 7 Valenzelektronen und nimmt 1 Elektron auf.
Das ergibt die Ladung −1. Der Name endet auf -id: Chlorid.
5
Ein Ion hat 11 Protonen und 10 Elektronen. Welche Ladung hat es, und um welches Ion handelt es sich?
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Ergebnis: Ladung +1, das Natrium-Ion Na+.
Ladung: 11−10=+1.
Das Element mit 11 Protonen ist Natrium.
6
Schreib die Ionen von Aluminium, Schwefel, Brom und Magnesium mit Ladung auf. Schwefel steht in der Hauptgruppe VI, Brom in der VII.
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Ergebnis: Al3+, S2−, Br−, Mg2+.
Aluminium (III) und Magnesium (II) sind Metalle: Ladung gleich Gruppennummer.
Schwefel (VI) und Brom (VII) sind Nichtmetalle: Gruppennummer minus 8, also −2 und −1.
7
Stelle die Formel von Kaliumbromid und von Natriumoxid auf.
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Ergebnis: Kaliumbromid KBr, Natriumoxid Na2O.
K+ und Br− gleichen sich 1 : 1 aus: KBr.
O2− braucht zwei Na+: Na2O.
8
Benenne die Salze CaF2 und Li2S.
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Ergebnis: Calciumfluorid und Lithiumsulfid.
Das Metall steht vorne und behält seinen Namen: Calcium, Lithium.
Das Anion bekommt die Endung -id: Fluor wird zu Fluorid, Schwefel zu Sulfid.
9
Calcium hat 20 Protonen. Welches Edelgas hat dieselbe Elektronenhülle wie das Ion Ca2+?
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Ergebnis: Argon.
Ca2+ hat 20−2=18 Elektronen.
Das Edelgas mit 18 Elektronen ist Argon.
10
Welche dieser Stoffe sind Salze: KCl, H2O, MgO, CH4, CaCl2?
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Ergebnis: KCl, MgO und CaCl2.
Salze entstehen meist aus einem Metall und einem Nichtmetall.
K, Mg und Ca sind Metalle. H2O und CH4 bestehen nur aus Nichtmetallen und sind Moleküle.
11
Stelle die Formel von Aluminiumsulfid auf.
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Ergebnis: Al2S3.
Ionen: Al3+ und S2−.
Kleinste gemeinsame Ladungszahl: 6.
Zwei Al3+ (+6) und drei S2− (−6): Al2S3.
12
Ein Ion hat 18 Elektronen und die Ladung 3−. Welches Ion ist es? Stelle die Formel des Salzes auf, das es mit Magnesium bildet.
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Ergebnis: Das Phosphid-Ion P3−. Das Salz ist Magnesiumphosphid Mg3P2.
Ladung = Protonen minus Elektronen, also Protonen = Elektronen plus Ladung: 18+(−3)=15.
Das Element mit 15 Protonen ist Phosphor (Hauptgruppe V, 5−8=−3). Das Anion heisst Phosphid.
Magnesium bildet Mg2+. Drei Mg2+ bringen +6, zwei P3− bringen −6: Mg3P2.
13
Ein fester Kochsalzkristall leitet keinen Strom. Schmilzt man ihn, leitet die Schmelze. Erkläre.
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Ergebnis: Im Kristall sitzen die Ionen fest im Gitter. In der Schmelze bewegen sie sich frei und tragen die Ladung.
Strom fliesst nur, wenn sich geladene Teilchen bewegen.
Im festen Salz sind die Ionen im Ionengitter an ihren Platz gebunden.
Beim Schmelzen bricht das Gitter auf, die Ionen werden beweglich.
14
Stelle die Formel von Calciumnitrat auf. Das Nitrat-Ion ist NO3−.
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Ergebnis: Ca(NO3)2.
Ionen: Ca2+ und NO3−.
Für zwei Plusladungen braucht es zwei Nitrat-Ionen.
Das mehratomige Ion kommt in Klammern, die 2 dahinter: Ca(NO3)2.
15
Magnesiumoxid MgO schmilzt erst bei über 2800 °C, Natriumchlorid NaCl schon bei 801 °C. Erkläre den Unterschied.
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Ergebnis: In MgO tragen die Ionen doppelte Ladungen (Mg2+, O2−). Sie ziehen sich viel stärker an als Na+ und Cl−.
Beim Schmelzen muss die Anziehung zwischen den Ionen überwunden werden.
Je grösser die Ladungen, desto stärker die Anziehung.
Mg2+ und O2− sind zweifach geladen, Na+ und Cl− nur einfach.
Bringt dein Kind Kationen, Anionen und die Formeln der Salze noch durcheinander, übt eine Lehrperson mit ihm Schritt für Schritt, bis jede Ladung sitzt.Chemie-Nachhilfe für Sek und Gymnasium
Üben ohne Ende
4Trainer: Kationen, Anionen und Salze
So funktioniert der Trainer
Immer neue Fragen zu Ionen, Ladungen und Formeln von Salzen, mit kurzer Erklärung nach jeder Antwort. Stufe 1 fragt Kationen und Anionen ab, Stufe 2 die Ladungen aus dem Periodensystem, Stufe 3 die Formeln von Salzen.
Wie heisst die Bindung zwischen Kationen und Anionen?
Löse die Aufgabe und drück «Prüfen» (oder Enter).
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Nimm ein fertiges Paket oder stell selbst zusammen, was du brauchst. Alles als PDF, gratis und ohne Anmeldung.
In der 3. Sek im Fach Natur und Technik zusammen mit der Molekülbindung. Im 1. Jahr Gymnasium kommen Ionenladungen aus dem Periodensystem, Formeln von Salzen und mehratomige Ionen genauer dazu.
NT.3.2.eErklären, wie Metall- und Nichtmetall-Atome durch Abgeben und Aufnehmen von Elektronen zu Ionen werden und sich zu Salzen verbinden, und daraus die Eigenschaften der Salze ableiten.
NT.3.2.dMit dem Schalenmodell und der Stellung im Periodensystem vorhersagen, wie viele Elektronen ein Atom abgibt oder aufnimmt.
Codes nach dem Lehrplan 21 der Deutschschweiz, Umschreibung in eigenen Worten. Wann genau das Thema drankommt, legt das Lehrmittel der Schule fest. Alle Themen nach Lehrplan 21
Gut zu wissen
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Kationen und Anionen?
Kationen sind positiv geladen, weil das Atom Elektronen abgegeben hat; das tun vor allem Metalle. Anionen sind negativ geladen, weil das Atom Elektronen aufgenommen hat; das tun Nichtmetalle.
Woher kommen die Namen Kation und Anion?
Legt man eine Spannung an eine Salzlösung, wandern die positiven Ionen zum Minuspol, der Kathode, und die negativen zum Pluspol, der Anode. Daher die Namen Kation und Anion.
Wie erkenne ich, welche Ladung ein Ion hat?
Bei den Hauptgruppen hilft das Periodensystem. Metalle der Hauptgruppen I bis III haben die Gruppennummer als Plusladung, Nichtmetalle der Hauptgruppen V bis VII die Gruppennummer minus 8 als Minusladung.
In welcher Klasse lernt man Ionen und Ionenbindung?
Meist in der 3. Sek im Fach Natur und Technik, zusammen mit der Molekülbindung. Im 1. Jahr Gymnasium kommen die Formeln von Salzen und mehratomige Ionen genauer dazu. Je nach Kanton und Schule kann es etwas früher oder später sein.
Begriff
Elektron
Negativ geladenes, sehr leichtes Teilchen in der Atomhülle. Es ist rund 1836-mal leichter als ein Proton.
BeispielEin neutrales Heliumatom hat 2 Elektronen.