Ionenbildung und die Edelgasregel einfach erklärt: So geht's

Stell dir vor, du sammelst Sammelkarten. Dein größtes Ziel ist es, das Album komplett voll zu bekommen. Ein fast volles Album macht dich unruhig – du möchtest unbedingt noch Karten tauschen, bis es perfekt ist.

Genau so geht es den meisten Atomen in der Chemie bei der Ionenbildung und die Edelgasregel! Sie haben Schalen, in denen sich ihre Elektronen befinden, und ihr größter Wunsch ist es, eine perfekt gefüllte Außenschale zu besitzen. Um dieses Ziel zu erreichen, sind sie bereit, Elektronen wegzugeben oder fremde Elektronen aufzunehmen. In dieser Lektion lernst du, wie Atome durch diesen Tausch zu geladenen Teilchen werden und warum die sogenannten Edelgase dabei ihre großen Vorbilder sind.

Vorwissen

• Atombau: Atome bestehen aus einem Kern mit positiven Protonen und einer Hülle mit negativen Elektronen. Beispiel: Ein neutrales Natrium-Atom hat genau 11 positive Protonen und 11 negative Elektronen.
• Metalle und Nichtmetalle: Das Periodensystem ist grob in Metalle (links und Mitte) und Nichtmetalle (rechts) unterteilt. Beispiel: Magnesium ist ein Metall, Chlor ist ein Nichtmetall.
• Außenelektronen (Valenzelektronen): Die Elektronen auf der äußersten Schale eines Atoms. Beispiel: Elemente der 1. Hauptgruppe haben genau 1 Außenelektron.

Aufgabentyp 1: Ionenladungen bestimmen

Normalerweise sind Atome elektrisch neutral. Das bedeutet, sie haben exakt gleich viele positive Protonen im Kern wie negative Elektronen in der Hülle. Die Ladungen heben sich auf. Wenn ein Atom jedoch Elektronen abgibt oder aufnimmt, gerät dieses Gleichgewicht durcheinander. Es entsteht ein elektrisch geladenes Teilchen: ein Ion.

Metalle bilden Kationen (positiv)

Metalle haben nur wenige Außenelektronen. Sie geben diese Elektronen gerne ab. Wenn negative Teilchen das Atom verlassen, überwiegt die positive Ladung des Kerns. Das Atom wird positiv geladen. Ein positiv geladenes Ion nennt man Kation.

Eselsbrücke: Das "t" in Kation sieht aus wie ein Plus-Zeichen (+).

Die chemische Gleichung für diese Elektronenabgabe (auch Oxidation genannt) sieht bei Natrium so aus:

$\text{Na} \to \text{Na}^+ + \textcolor{#08BFFF}{\text{e}^-}$

Nichtmetalle bilden Anionen (negativ)

Nichtmetalle haben bereits viele Außenelektronen. Sie nehmen gerne zusätzliche Elektronen auf. Da sie nun mehr negative Elektronen als positive Protonen besitzen, wird das gesamte Teilchen negativ geladen. Ein negativ geladenes Ion nennt man Anion.

Die chemische Gleichung für diese Elektronenaufnahme (auch Reduktion genannt) sieht bei Chlor so aus:

$\text{Cl} + \textcolor{#08BFFF}{\text{e}^-} \to \text{Cl}^-$

Wenn Metalle und Nichtmetalle aufeinandertreffen (wie Natrium und Chlor), gibt das Metall seine Elektronen direkt an das Nichtmetall ab. Dabei entstehen Salze, wie zum Beispiel Natriumchlorid.

Warum machen Atome das überhaupt? Die Antwort liegt ganz rechts im Periodensystem bei der 18. Hauptgruppe: den Edelgasen (wie Helium, Neon oder Argon).

Edelgase haben eine voll besetzte Außenschale (meistens 8 Elektronen). Dieser Zustand ist extrem stabil und gemütlich. Edelgase reagieren deshalb fast nie mit anderen Stoffen. Alle anderen Atome sind neidisch auf diesen Zustand und versuchen, ihn nachzuahmen. Das nennt man die Edelgasregel (oder Oktettregel).

Um wie ein Edelgas auszusehen, wählen Atome immer den einfachsten Weg:

• Ein Magnesium-Atom (Mg) hat 2 Außenelektronen. Es ist viel einfacher, diese 2 Elektronen abzugeben, als 6 neue zu finden.
• Wenn es die 2 Elektronen abgibt, verschwindet die äußerste Schale. Die Schale darunter ist bereits voll!
• Es entsteht das Magnesium-Kation ($\text{Mg}^{2+}$).

Wenn wir uns das $\text{Mg}^{2+}$-Ion nun ansehen, hat es insgesamt 10 Elektronen. Das ist exakt die gleiche Anzahl und die gleiche stabile Schalenstruktur wie beim Edelgas Neon (Ne). Das Ion hat sein Ziel erreicht!

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Außenelektronen finden: Suche das Element im Periodensystem. Die Nummer der Hauptgruppe (1 bis 8) verrät dir die Anzahl der Außenelektronen.
2. Den kürzesten Weg zur 8 wählen: Entscheide, was einfacher ist, um auf 8 (oder 0) zu kommen: Metalle geben ab, Nichtmetalle nehmen auf.
3. Ladung und Gleichung notieren: Abgegebene Elektronen = positive Ladung. Aufgenommene Elektronen = negative Ladung.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Kationen (+): Entstehen, wenn Metalle Elektronen abgeben.
• Anionen (-): Entstehen, wenn Nichtmetalle Elektronen aufnehmen.
• Edelgasregel: Atome nehmen Elektronen auf oder geben sie ab, um eine volle Außenschale zu erhalten – genau wie die stabilen Edelgase.