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{{Begriffsklärungshinweis}}
[[Datei:Li ion.svg|mini|'''Lithium-Ion Li+''': Den drei rot gefärbten positiv geladenen Protonen im übergroß dargestellten [[Atomkern]] stehen zwei blau dargestellte negativ geladene Elektronen gegenüber.]]
Ein '''Ion''' [{{IPA|i̯oːn}}] ist ein [[Elektrische Ladung|elektrisch geladenes]] [[Atom|atomares]] oder [[Molekül|molekulares]] [[Teilchen]].<ref>{{Gold Book|Ion|I03158|Version=5.0.0}} </ref> Ionen bilden als [[Chemische Verbindung|chemische Verbindungen]] oft [[Salze]]. Sie existieren auch in [[Lösung (Chemie)|Lösung]] oder in einem [[Plasma (Physik)|Plasma]].

Ionen haben eine elektrische Ladung, weil sich die Ladungen der positiv und negativ geladenen [[Elementarteilchen]] ([[Proton]]en bzw. [[Elektron]]en) aufgrund ihrer unterschiedlichen Anzahl in der Ladungsbilanz nicht ausgleichen. Die [[Ladungszahl]] entspricht einer oder mehreren [[Elementarladung]]en.

Schnelle Ionen, die sich in eine Richtung bewegen, werden in der [[Atomphysik]], [[Kernphysik]] und [[Teilchenphysik]] untersucht oder verwendet, siehe [[Ionenstrahlung]], [[Ionenquelle]] oder [[Teilchenbeschleuniger]]. Ein [[Plasma (Physik)|Plasma]] (z. B. im Inneren der [[Stern]]e) ist ein ungeordnetes Ensemble aus Ionen (zumeist völlig [[ionisiert]]e, d. h. elektronenlose [[Atomkern]]e) und den abgespaltenen Elektronen, die sich beide wie die Bestandteile eines [[Gas]]es 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 Ionen [[Kation]]en genannt und
* negativ geladene [[Anion]]en,
denn sie wandern in einem [[Elektrisches Feld|elektrischen Feld]] als [[Ionenstrom]] zur [[Kathode]] („Minuspol“ des Feldes) bzw. zur [[Anode]] („Pluspol“). Von dieser Fähigkeit zu wandern bekamen die Ionen ihren Namen.

Aufgrund der [[Elektrostatische Anziehung|elektrostatischen Anziehung]] zwischen [[Anion]]en und Kationen entstehen [[Ionengitter]]. Ionen bilden als [[Chemische Verbindung|chemische Verbindungen]] oft [[Salze]]. In einem [[Lösemittel]] bildet sich um das Ion eine [[Solvatation|Solvathülle]], es kann auch zur Bildung von gelösten [[Ionenpaar]]en kommen. Ionen können eine Ladung transportieren, dieses bewirkt eine [[elektrische Leitfähigkeit]].

== Begriffsgeschichte ==
Der Begriff ''Ion'' ist von {{grcS|ἰόν|ión|de=das Gehende}} ([[Partizip Präsens Aktiv]] [[Genus|Neutrum]] zu {{grcS|ἰέναι|iénai|de=gehen}})<ref>{{Literatur |Autor=[[Wilhelm Pape]], Max Sengebusch (Bearb.) |Titel=Handwörterbuch der griechischen Sprache |Auflage=3. Auflage, 6. Abdruck |Verlag=Vieweg & Sohn |Ort=Braunschweig |Datum=1914 |Kommentar=; beachte: hier ist wie in altgriechischen Wörterbüchern üblich nicht der Infinitiv, sondern die 1. Person Singular Präsens Aktiv {{grcS|εἶμι|eimi|de=ich gehe}} angegeben |Online=[http://images.zeno.org/Pape-1880/K/big/Pape-1880----01-0732.png images.zeno.org] |Abruf=2019-03-05}}</ref> abgeleitet.

Bei seinen Untersuchungen zur [[Elektrizität]] war [[Michael Faraday]] unzufrieden mit den Begriffen, die ihm zur Beschreibung chemischer Zersetzungen unter dem Einfluss [[elektrischer Strom|elektrischen Stroms]] zur Verfügung standen. Er wandte sich daher Anfang 1834 u. a. an [[William Whewell]]. Dieser schlug neben weiteren auch die Bezeichnungen ''Ion'', ''[[Kation]]'' und ''Anion'' vor; seitdem wurden sie von Faraday benutzt.<ref>{{Literatur |Autor=Michael Faraday |Titel=Experimental Researches in Electricity. Seventh Series |Sammelwerk=Philosophical Transactions of the Royal Society |Band=124 |Datum= |Seiten=77–122 |DOI=10.1098/rstl.1834.0008}} Seite 79 Abschnitt 665.</ref> Sie verbreiteten sich dann rasch in der wissenschaftlichen [[Nomenklatur (Chemie)|Nomenklatur]].<ref>{{dwds.de |Stichwort=Ion |Abruf=2015-05-31}}</ref>

== Bildung ==
[[Datei:SaltInWaterSolutionLiquid.jpg|mini|130px|Mischt man [[Natriumchlorid|Kochsalz]] und Wasser, so werden die Natrium- und Chloridionen im Wasser ''gelöst'', d. h. voneinander getrennt und einzeln von Wassermolekülen umgeben.]]

Atomare Ionen bilden sich aus neutralen Atomen, wenn diese Elektronen abgeben oder aufnehmen. Zur Entfernung von Elektronen muss [[Ionisierungsenergie]] aufgewendet werden, bei der Aufnahme von Elektronen wird die [[Elektronenaffinität]] genannte Energie umgesetzt.
* Ionen mit Elektronenmangel sind positiv geladen und heißen Kationen,
* Ionen mit Elektronenüberschuss sind negativ geladen und heißen Anionen (siehe [[Ladungszahl]]).
Zur qualitativen Erklärung der Existenz verschiedener Ionen gibt es mehrere Ansätze, z. B. die [[Oktettregel]] oder die [[Elektronenkonfiguration]]. 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 wie ''s2'', ''s2p6'' ([[Edelgaskonfiguration]]), ''d10'' oder ''d10s2''.<ref>{{Literatur |Autor=Charles E. Mortimer, Ulrich Müller |Titel=Chemie |Auflage=5. |Verlag=Georg Thieme Verlag |Ort=Stuttgart |Datum=1987 |ISBN=3-13-484305-6}}</ref>

Molekülionen bilden sich aus Molekülen, indem sie Elektronen oder kleinere Ionen abspalten oder aufnehmen. Man nennt sie auch mehratomige Ionen. Wichtige Molekülionen werden durch die Übertragung von [[Wasserstoffatom|Wasserstoff]]-Kationen bei [[Säure-Base-Reaktion]]en gebildet, z. B. das [[Nitrate|Nitrat-Ion]] NO3− aus der [[Salpetersäure]] HNO3. In der [[organische Chemie|organischen Chemie]] werden auch größere Gruppen abgegeben oder aufgenommen, z. B. bei der Bildung des [[Tetraethylammoniumion|Tetraethylammonium-Ions]] aus [[Triethylamin]].

Schließlich sind noch geladene [[Komplexchemie|Komplexverbindungen]] (Komplexionen) zu nennen.

=== Kationen ===
{{Hauptartikel|Kation}}
Positiv geladene Ionen, die [[Kation]]en, werden u. a. dadurch gebildet, dass Atome mindestens ein Elektron abgeben. Da der [[Atomkern]] nach wie vor eine identische, positive Ladung besitzt (im neutralen Atom entspricht die Anzahl der Protonen im Kern der Anzahl der ihn umgebenden Elektronen), erscheint das Ion insgesamt als ein positiv geladenes Teilchen.
'''Beispiel:''' [[Metall]]-Ionen sind in der Regel positiv geladen. 
Gleichungen für die Bildung von:
* [[Natrium]]-Ionen: Na → Na+ + e− 
* [[Magnesium]]-Ionen: Mg → Mg2+ + 2e− 
* [[Aluminium]]-Ionen: Al → Al3+ + 3e− 
* [[Zinn]]-Ionen: Sn → Sn4+ + 4e−
Auch durch Protonenaufnahme entstehen Kationen (z. B. aus einem Wassermolekül das Oxoniumion).

=== Anionen ===
{{Hauptartikel|Anion}}
Negativ geladene Ionen ([[Anion]]en) werden u. a. dadurch gebildet, dass Atome mindestens ein Elektron aufnehmen. Dadurch entsteht ein Überschuss an Elektronen (negativen [[Ladungsträger (Physik)|Ladungsträger]]n), 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. 
Gleichungen für die-Bildung von:
* [[Chlorid]]-Ionen: [[Chlor|Cl]] + e− → Cl− 
* [[Sulfid]]-Ionen: S + 2e− → S2−

Auch durch Protonenabgabe entstehen Anionen (z. B.
aus einem Wassermolekül das Hydroxidion).

== Kennzeichnung ==
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 A''n''− beziehungsweise A''n''+.

[[Datei:Tetrafluoroborat-Ion.svg|mini|Molekül-Anion [[Tetrafluoroborsäure|Tetrafluoroborat]]]]
Beispiele sind:
* Na+ – [[Natrium]]-Ion (''n'' wird hier weggelassen, da ''n'' gleich eins ist)
* S2− – [[Sulfid]]-Ion
* NH4+ – [[Ammonium]]-Ion, ein Molekülion

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

In der [[Spektroskopie]] werden zur Kennzeichnung von Spektren ionisierter Atome auch [[römische Zahlen]] verwendet,<ref>Kenneth J. H. Phillips: ''Guide to the Sun.'' Cambridge University Press, Cambridge (UK) 1992, ISBN 0-521-39788-X. S. 92.</ref><ref>[https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/levels_form.html NIST Atomic Spectra Database]</ref> wobei [[Spektrallinie]]n des neutralen Atoms mit I (eins) bezeichnet werden. Zum Beispiel wird „He I“ den Linien des neutralen [[Helium]]s zugeordnet und „C IV“ den Linien von dreifach ionisiertem [[Kohlenstoff]].

== Eigenschaften ==
Der [[Ionenradius|Radius von Ionen]] unterscheidet sich von dem des entsprechenden Atoms:
* der Kationenradius ist kleiner – aufgrund der Nichtbesetzung der äußeren [[Atomorbital]]e
* der Anionenradius ist 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 unterschiedlich [[Polarisation|polarisierend]] in [[Chemische Bindung|chemischen Bindungen]].

Ein [[cyclische Verbindungen|cyclisches]] Ion ist ein Ion, das in einer Ringstruktur aufgebaut ist.

== Vorkommen ==
Ionen unterschiedlicher Ladung bilden durch die [[Ionenbindung]] [[Salze]].

In geschmolzenem Salz liegen bewegliche Ionen vor. Werden Salze in polaren Lösemitteln (z. B. Wasser) gelöst zerfällt das Ionengitter und die Ionen sind in der entstandenen Lösung ebenfalls mobil, z. B.

:<math>\mathrm{{NaCl_{(s)}} {\longrightarrow} {Na^+_{(aq)}} + {Cl^-_{(aq)}}}</math>
Der Index „s“ steht für lat. ''solidus'' oder engl. ''solid'', „fest“. Der Index „aq“ steht für [[Solvatisierung|''aquatisiert'']].

Als Beispiel seien die [[wässrige Lösung|wässrigen Milieus]] von [[Zelle (Biologie)|Zellen]] und [[Organismen]] ([[Elektrolyt]]lösung) genannt. Hier spielen sie eine entscheidende Rolle für die elektrischen Vorgänge an [[Biomembran|Membranen]], insbesondere für die [[Erregbarkeit]] ([[Membranpotential]], [[Aktionspotential]]).

Lösungen, die ionische Substanzen enthalten, leiten elektrischen Strom und heißen daher Elektrolyte. Die Ursache für die Leitung des elektrischen Stromes ist die [[Translation (Physik)|translatorische]] [[Ionenbeweglichkeit|Beweglichkeit der Ionen]] innerhalb der Lösung. Informationen über die translatorische Beweglichkeit von Ionen in der Elektrolytlösung, wie deren [[Diffusion]]skoeffizient oder deren [[Beweglichkeit (Physik)|Beweglichkeit]] <math>\mu</math> im elektrischen Feld, kann man über [[Feldgradienten-NMR]]-Methoden erhalten. Die Messung von <math>\mu</math> kann aber auch mit der „klassischen Methode“ der „Bewegten Grenzfläche“ (''moving boundary'') erfolgen.<ref name="Elektrochemie I">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.</ref>

Ionen mit mehr als drei Unter- oder Überschussladungen kommen in der [[Chemie]] nur selten vor.

In der [[Physik]] werden Ionen zu bestimmten experimentellen Zwecken z. B. mit Ionenquellen erzeugt. Sie kommen aber auch in der Natur vor, z. B. im [[Sonnenwind]], beim [[Rekombination (Physik)|Rekombinationsleuchten]] von [[Meteor]]en, bei [[Polarlicht]]ern, bei einem [[Gewitter]][[blitz]] oder bei einem [[Elmsfeuer]] (vergleiche auch [[Elektrometeore]]).

Gasionen spielen bei den Leitungsvorgängen in [[Leuchtstofflampe]]n und anderen [[Gasentladung]]en eine Rolle ([[Funke (Entladung)|elektrische Funken]], Blitze). Ein (fast) vollständig ionisiertes Gas bezeichnet man als Plasma.

[[Ionisation|Ionisierte]] [[Edelgase]] können [[Ionische Bindung|Ionenbindungen]] eingehen. Edelgas-[[Halogenide|Halogenid]]-Verbindungen werden in [[Excimerlaser]]n verwendet.

Bei Molekülen mit zwei oder mehreren [[Funktionelle Gruppe|funktionellen 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 als [[Zwitterion]]en bezeichnet. Beispielsweise tragen [[Aminosäure]]n zugleich eine [[Aminogruppe]] und eine [[Carboxygruppe|Carbonsäuregruppe]]. Ein Zwitterion kann in einer Lösung je nach [[pH-Wert]] positiv oder negativ geladen sein.

Elektrolyte spielen eine große Rolle in [[Stoffwechsel]]vorgängen und in [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterien]], z. B. [[Lithiumbatterie|Lithium-Ionen-Batterien]]. Die Elektrolyte im [[Blut]] stabilisieren den [[Säure-Basen-Haushalt|Säure-Basen-Spiegel]] und regulieren die Nerven- und Muskelfunktion.

== Siehe auch ==
* [[Schwach koordinierende Ionen]]
* [[Ionisator]]

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Wikibooks|Anorganische Chemie für Schüler/ Ionen, Salze, Fällungsreaktionen und Ionenbindung}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4027597-8}}

[[Kategorie:Elektrochemie]]
[[Kategorie:Ion| ]]

Ion - Versionsgeschichte

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