Ionenbildung

Nur wenige Elemente (Atomarten) stellen die stabilsten Zustände dar, die Edelgase. Die Edelgase sind reaktionsträge und wir finden sie nicht in Verbindungen vor. Alle anderen Elemente sind bereit, bei kleinster Beeinflussung in diese sogenannten „Edelgaszustände“ überzugehen.

Alle Atome streben nach dem Zustand, eine voll besetzte Außenschale zu besitzen.

Die Elemente bilden ihre Ionen durch die Aufnahme fremder Elektronen in ihre Außenschale oder die Abgabe von eigenen Elektronen aus ihrer Außenschale.

Beispiel: Natrium (Element 11, 1. Hauptgruppe im PSE)

\( Na \rightarrow Na^+ + e^- \)

Das Natriumatom hat ein Außenelektron. Um eine volle Außenschale zu haben, müsste es entweder 7 Elektronen aufnehmen oder aber sein einziges Außenelektron abgeben. Der Weg des geringeren Widerstandes (Aufwandes) wird häufiger gegangen und so neigt das Natriumatom zur Elektronenabgabe. Auch im Kochsalz liegt es in seiner Ionenform \( (Na^+) \) vor.

Beispiel: Fluor (Element 9, 7. Hauptgruppe im PSE)

\( F + e^- \rightarrow F^- \)

Das Fluoratom hat 7 Außenelektronen. Um eine volle Außenschale zu haben, müsste es entweder die 7 Elektronen abgeben oder aber ein einziges Außenelektron aufnehmen. Auch hier wird der Weg des geringeren Widerstandes (Aufwandes) eingeschlagen und so findet man bevorzugt das Fluoridion \( (F^-) \) in der Natur.
(Sauerstofffreie Nichtmetallionen bekommen alle die Endung „id“ angehangen. Mit steigendem Sauerstoffgehalt eines Ions ändern sich die Endungen systematisch.)

Allgemein kann man feststellen, dass die Elemente mit wenig Außenelektronen dazu neigen, ihre Außenelektronen abzugeben. Elemente bei denen die Außenschale zu mehr als der Hälfte gefüllt ist, nehmen bevorzugt Elektronen auf.

Hauptgruppen 1 bis 3 … Elektronenabgabe
Hauptgruppen 5 bis 7 … Elektronenaufnahme


Die Elemente der 4. Hauptgruppe gehen beide Wege, je nachdem welcher Reaktionspartner zur Verfügung steht.

Die Edelgase (8. Hauptgruppe) bilden keine Ionen auf natürliche Weise!

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Neutralisation

Hier wird Natronlauge (NaOH) in Wasser gegeben. Dazu kommt dann Salzsäure(HCl). Die Ionen verteilen sich im Wasser und beginnen sich umzulagern. Es entsteht aus den Ionen der Base \( (OH^-) \)und den Ionen der Säure\( (H^+) \)… nur Wasser.

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Die allgemeine Gleichung der Neutralisation lautet:

\( Säure + Base –> Salz + Wasser \)

Die Simulation findet man bei www.javalab.org
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Anwendung der Neutralisation:

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Unser Abwasser enthält unter den vielen störenden Inhaltsstoffen auch Säuren oder Basen, die es verunreinigen.
Um diese Bestandteile unschädlich zu machen, muss der pH-Wert verändert werden. Dies geschieht in Neutralisationsbecken im Klärwerk. Dort wird der pH-Wert elektronisch bestimmt und danach das jeweilige Gegenmittel zur Erreichung eines pH-Wertes von 6,8 zugegeben.

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In Aquarien leben Tiere und Pflanzen in einer künstlichen Umgebung. Hier muss von Zeit zu Zeit nachgeholfen werden, das Gleichgewicht zu schaffen und schädliche Ansammlungen von Stoffen (Säuren) zu beseitigen. Nahrungsreste, abgestorbene Pflanzenteile und Exkremente der Fische sind hier zu nennen. Fische brauchen ein sauberes Wasser. Mittel, die den pH-Wert heben oder senken helfen dem Aquarianer.

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Sodbrennen

Sodbrennen ist ein Schmerz, der durch aufsteigende, ätzende Magensäure vom Magen in die Speiseröhre verursacht wird. Das wird auch durch übermäßiges, fett- oder zuckerreiches Essen verursacht.
Bekämpft wird der Schmerz mit einem Mittel, welches Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid enthält. Diese Stoffe neutralisieren die Magensäure.

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Kalken

Pflanzen verbrauchen die Mineralien im Boden und produzieren wie andere Bodenlebewesen bei ihrem Zerfall Säuren, die der Bodenqualität schaden. Also muss von Zeit zu Zeit die Bodenqualität durch Düngung - also Mineraliengabe- und durch Korrektur des pH-Wertes des Bodens verbessert werden. Kalk (Calciumhydroxid) wird hier großflächig aufgebracht. Auch Teiche und Rasenstücke werden so behandelt.

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Arbeitsblätter zur Neutralisation:

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Eine Kerze brennt – die Prozesse

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Ionensubstanzen bilden – Salzbildung

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Ionensubstanzen bilden – Ionenladungen

Quelle der Simulation: https://mully.net/en/ion_model_en/

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