EinIon [i̯oːn] ist einelektrisch geladenesAtom oderMolekül. Ionen bilden alschemische Verbindungen oftSalze. Sie existieren auch inLösung oder in einemPlasma.

Atome und Moleküle haben im gewöhnlichen, neutralen Zustand genauso vieleElektronen wieProtonen. Besitzt ein Atom oder Molekül jedoch ein oder mehrere Elektronen weniger oder mehr als im Neutralzustand, hat es dadurch eineelektrische Ladung und wird als Ion bezeichnet. Ionen mit Elektronenmangel sind positiv geladen, solche mit Elektronenüberschuss negativ (siehe auchLadungszahl).

Schnelle Ionen, die sich in eine Richtung bewegen, werden in derAtomphysik,Kernphysik undTeilchenphysik untersucht oder verwendet, sieheIonenstrahlung,Ionenquelle oderTeilchenbeschleuniger. EinPlasma (z. B. im Inneren derSterne) ist ein ungeordnetes Ensemble aus Ionen (zumeist völlig ionisierte, d. h. elektronenlose Atomkerne) und den abgespaltenenElektronen, die sich beide wie die Moleküle einesGases ungeordnet in alle Richtungen bewegen, entsprechend der hohen Temperatur jedoch sehr viel schneller.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich im Wesentlichen auf langsame oder stationäre Ionen.

In der Chemie werden positiv geladene IonenKationen, negativ geladeneAnionen genannt, denn sie wandern in einemelektrischen Feld alsIonenstrom zurKathode („Minuspol“ des Feldes) bzw. zurAnode („Pluspol“ des Feldes). Von dieser Fähigkeit zu Wandern bekamen Ionen ihren Namen. In einemLösungsmittel bildet sich um das Ion eineSolvathülle aus. Aufgrund derelektrostatischen Anziehung zwischen Anionen und Kationen bilden sich in LösungenIonenpaare aus. Ionen können eine Ladung transportieren, dieses bewirkt eine elektrische Leitfähigkeit.

Der BegriffIon ist vonaltgriechischἰόνión, deutsch‚das Gehende‘ (Partizip Präsens AktivNeutrum zualtgriechischἰέναιiénai, deutsch‚gehen‘)^[1] abgeleitet.

Bei seinen Untersuchungen zurElektrizität warMichael Faraday unzufrieden mit den Begriffen, die ihm zur Beschreibung chemischer Zersetzungen unter dem Einfluss elektrischen Stroms zur Verfügung standen. Er wandte sich daher Anfang 1834 unter anderem anWilliam Whewell. Dieser schlug neben weiteren auch die BezeichnungenIon,Kation undAnion vor; seitdem wurden sie von Faraday benutzt.^[2] Sie verbreiteten sich dann rasch in der wissenschaftlichenNomenklatur.^[3]

Einatomige Ionen bilden sich aus neutralen Atomen, wenn diese Elektronen abgeben oder aufnehmen. Zur Entfernung von Elektronen mussIonisierungsenergie aufgewendet werden, bei der Aufnahme von Elektronen wird dieElektronenaffinität genannte Energie umgesetzt. Zur qualitativen Erklärung der Existenz verschiedener Ionen gibt es mehrere Ansätze, zum Beispiel dieOktettregel oder dieElektronenkonfiguration. Ihnen liegt zugrunde, dass die Aufnahme oder Abgabe eines weiteren Elektrons einen deutlich größeren Energieaufwand bedeuten würde. Darum spricht man auch von „energetisch begünstigten“ Elektronenkonfigurationen wies²,s²p⁶ (Edelgaskonfiguration),d¹⁰ oderd¹⁰s².^[4]

Auch neutrale Moleküle können Ionen bilden, indem sie geladene Atome oder Atomgruppen abspalten oder aufnehmen. Man nennt diese Ionen Molekülionen oder mehratomige Ionen. Wichtige Molekülionen werden durch die Übertragung vonWasserstoff-Kationen beiSäure-Base-Reaktionen gebildet, zum Beispiel dasNitrat-Ion NO₃⁻ aus derSalpetersäure HNO₃. In der organischen Chemie werden auch größere Gruppen abgegeben oder aufgenommen, zum Beispiel bei der Bildung desTetraethylammonium-Ions ausTriethylamin.

Schließlich sind noch geladeneKomplexverbindungen (Komplexionen) zu nennen.

Positiv geladene Ionen, sogenannteKationen, 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 → Na⁺ + e⁻
Gleichung für die Magnesium-Ionen-Bildung: Mg → Mg²⁺ + 2e⁻
Gleichung für die Aluminium-Ionen-Bildung: Al → Al³⁺ + 3e⁻
Gleichung für die Zinn-Ionen-Bildung: Sn → Sn⁴⁺ + 4e⁻

Negativ geladene Ionen (Anionen) werden gebildet, indem Atome Elektronen aufnehmen. Dadurch entsteht ein Überschuss an Elektronen (negativen Ladungsträgern), der durch die vorhandenen Protonen (positiven 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⁻ → Cl⁻
Gleichung für die Sulfid-Ionen-Bildung: S + 2e⁻ → S²⁻

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

${\displaystyle \mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{(\mathrm{s})}⟶\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{(\mathrm{a}\mathrm{q})}^{+}+\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{(\mathrm{a}\mathrm{q})}^{-}}$

Der Index „s“ steht für lat.solidus oder engl.solid, „fest“. Der Index „aq“ steht füraquatisiert.

Als Beispiel seien die wässrigen Milieus von Zellen und Organismen (Elektrolyt­lösung) genannt. Hier spielen sie eine entscheidende Rolle für die elektrischen Vorgänge anMembranen, insbesondere für die Erregbarkeit (Membranpotential,Aktionspotential).

Die Ionenladung gibt an, wie viele positive oder negative elektrische Ladungen ein Ion besitzt. Sie wird durch eine hochgestellte arabische Ziffer mit nachstehendem Plus- oder Minuszeichen angegeben.Die allgemeine Form lautet Aⁿ⁻ beziehungsweise Aⁿ⁺.

Beispiele sind:

• Na⁺ –Natrium-Ion (n wird hier weggelassen, dan gleich eins ist)
• S²⁻ –Sulfid-Ion
• NH₄⁺ –Ammonium-Ion, ein Molekülion

Bei Molekülionen wird dieValenzstrichformel des Moleküls in eckige Klammern gesetzt und die Ionenladung hochgestellt hinter der Klammer angegeben.

In derSpektroskopie werden zur Kennzeichnung von Spektren ionisierter Atome auchrömische Zahlen verwendet,^[5][6] wobeiSpektrallinien des neutralen Atoms mit I (eins) bezeichnet werden. Zum Beispiel wird „He I“ den Linien des neutralenHeliums zugeordnet und „C IV“ den Linien von dreifach ionisiertemKohlenstoff.

DerRadius von Ionen unterscheidet sich von dem des entsprechenden Atoms. Der Kationenradius ist kleiner – aufgrund der Nichtbesetzung der äußerenAtomorbitale –, der der Anionen meistens größer, da die äußeren Orbitale mit Elektronen aufgefüllt und/oder weitere Orbitale neu besetzt werden. Abhängig vom Verhältnis von Ladung zu Radius wirken Ionen unterschiedlichpolarisierend inchemischen Bindungen.

Ionen unterschiedlicher Ladung bilden durch dieIonenbindungSalze.Lösungen, die ionische Substanzen enthalten, leitenelektrischen Strom und heißen daherElektrolyte. Die Ursache für die Leitung des elektrischen Stromes ist dietranslatorische Beweglichkeit der Ionen innerhalb der Lösung. Informationen über die translatorische Beweglichkeit von Ionen in der Elektrolytlösung, wie derenDiffusionskoeffizient oder derenBeweglichkeit${\displaystyle \mu }$ im elektrischen Feld, kann man überFeldgradienten-NMR-Methoden erhalten. Die Messung von${\displaystyle \mu }$ kann aber auch mit der „klassischen Methode“ der „Bewegten Grenzfläche“ (moving boundary) erfolgen.^[7]

Ein cyclisches Ion ist ein Ion, das in einer Ringstruktur aufgebaut ist (cyclische Verbindungen).

Ionen mit mehr als drei Unter- oder Überschussladungen kommen in derChemie nur selten vor.

In derPhysik werden Ionen zu bestimmten experimentellen Zwecken zum Beispiel mitIonenquellen erzeugt, sie kommen aber auch in der Natur vor, wie zum Beispiel imSonnenwind, beimRekombinationsleuchten vonMeteoren, beiPolarlichtern, bei einem Gewitterblitz oder bei einemElmsfeuer (vergleiche auchElektrometeore).

Gasionen spielen bei den Leitungsvorgängen in Leuchtstofflampen und anderen Gasentladungen (elektrische Funken, Blitze) eine Rolle. Ein (fast) vollständig ionisiertes Gas bezeichnet man alsPlasma.

IonisierteEdelgase können Ionenbindungen eingehen. Edelgas-Halogenid-Verbindungen werden inExcimerlasern verwendet.

Bei Molekülen mit zwei oder mehrerenfunktionellen Gruppen kann es vorkommen, dass sie an einer Gruppe eine positive, an einer anderen eine negative Ladung tragen (insgesamt ist das Molekül dann neutral). Solche polaren Moleküle werden auch alsZwitterionen bezeichnet. Beispielsweise tragen Aminosäuren zugleich eineAminogruppe und eineCarbonsäuregruppe. Ein Zwitterion kann in einer Lösung je nachpH-Wert positiv oder negativ geladen sein.

Elektrolyte spielen eine große Rolle inStoffwechsel­vorgängen und inBatterien, z. B. Lithium-Ionen-Batterien. Die Elektrolyte im Blut stabilisieren den Säure-Basen-Spiegel und regulieren die Nerven- und Muskelfunktion.

• Schwach koordinierende Ionen
• Ionisator

Wiktionary: Ion – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wikibooks: Anorganische Chemie für Schüler/ Ionen, Salze, Fällungsreaktionen und Ionenbindung – Lern- und Lehrmaterialien

1. ↑Wilhelm Pape, Max Sengebusch (Bearb.):Handwörterbuch der griechischen Sprache. 3. Auflage, 6. Abdruck. Vieweg & Sohn, Braunschweig 1914 (images.zeno.org [abgerufen am 5. März 2019] ; beachte: hier ist wie in altgriechischen Wörterbüchern üblich nicht der Infinitiv, sondern die 1. Person Singular Präsens Aktivaltgriechischεἶμιeimi, deutsch‚ich gehe‘ angegeben). 
2. ↑Michael Faraday:Experimental Researches in Electricity. Seventh Series. In:Philosophical Transactions of the Royal Society.Band 124,S. 77–122,doi:10.1098/rstl.1834.0008.  Seite 79 Abschnitt 665.
3. ↑Ion. In:Digitales Wörterbuch der deutschen Sprache. Abgerufen am 31. Mai 2015
4. ↑Charles E. Mortimer, Ulrich Müller:Chemie. 5. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1987,ISBN 3-13-484305-6. 
5. ↑Kenneth J. H. Phillips:Guide to the Sun. Cambridge University Press, Cambridge (UK) 1992,ISBN 0-521-39788-X. S. 92.
6. ↑NIST Atomic Spectra Database
7. ↑Carl H. Hamann, Wolf Vielstich:Elektrochemie I: Elektrolytische Leitfähigkeit, Potentiale, Phasengrenzen. 2. Auflage. VCH Verlagsgesellschaft mbH, Oldenburg und Bonn 1985,ISBN 3-527-21100-4.

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