Da ist noch mehr im Wasser!
Ein Blick durch unsere imaginäre Teilchenbrille
Wer einmal im Meer gebadet hat, weiß vermutlich, dass Meerwasser sehr salzig schmeckt! Woran liegt das? Wir haben ja bereits Wasser auf Teilchenebene betrachtet. Schauen wir einmal genauer hin.
Meerwasser durch die „Teilchenbrille“ betrachtet.1
Im Wasser sind neben den Wasserteilchen und gelösten Gasen auch Ionen. Die Ionen sorgen für den salzigen Geschmack.
Erinnerst du dich? Wir hatten im Zusammenhang mit dem Schalenmodell der Atome bereits über Ionen gesprochen. Da sind positive Ionen entstanden, in dem man Elektronen aus Atomen entfernt hat. Es gibt auch andere Ionen, wie wir sehen werden.
Hydratisierte Ionen gibt es seit Äonen
Ion? Äon? Haben die Begriffe etwas miteinander zu tun? Und was heißt hydratisiert?
Das ist eher ein Wortspiel: Ionen sind geladene Teilchen. Mit Äon bezeichnet man einen sehr langen Zeitraum. Wenn man sagt „seit Äonen“, meint man: schon seit unglaublich langer Zeit. Viele Ionen sind also schon vor echt langer Zeit entstanden. Und hydratisiert bedeutet von Wasserteilchen umgeben.
Viele der Ionen, die in wässriger Lösung stabil sind, findet man nicht nur in Meerwasser sondern in geringerer Konzentration auch in Mineralwasser. Ihre Art und Konzentration wird darin laufend mit Hilfe von sogenannten Nachweisen in Analysen bestimmt. Ein Blick auf ein Etikett macht es uns einfach, sie kennenzulernen.
Beispiele für stabile Ionen in Wasser1
Aufgaben zum Einstieg
Auf dem Etikett des Mineralwassers in M1 sind verschiedene, geladene Teilchen aufgeführt.
- Erkläre die Einteilung der Teilchen in die Kategorien „Kationen und Anionen“.
- Benenne die Ionen auf dem Etikett, die aus einzelnen Atomen, nicht aber aus Molekülen bestehen (einfache Ionen).
Anregungen
Ausgewählte Ionen und ihre Einteilung.1
Die Benennung kannst du dem Etikett entnehmen. Achte einmal auf die Endung der Namen der Ionen.
Weitergehende Aufgaben
- Beschreibe an zwei Beispielen aus Galerie 2 die Anordnung der Wasserteilchen in der Hydrathülle um ein Anion und um ein Kation.
- Vergleiche ein Natrium-Atom (Na) mit einem Natrium-Ion (Na+) mithilfe der gegebenen Darstellungen im Kugelwolkenmodell in Galerie 3. Gehe dabei insbesondere auf die elektrische Ladung, die Anzahl der Valenzelektronen und die Größe ein.
Mache dies auch mit dem Fluoratom (F) und Fluorid-Ion (F–).
Ionen genauer betrachtet
Wechselwirkungen mit Wassermolekülen
Ionen haben immer eine bestimmte Ladung. Sie werden daher in wässrigen Lösungen auf eine bestimmte Weise von Wasserteilchen umgeben.
Stabile Ionen in wässriger Lösung auf Teilchenebene.1
Wenn Ionen von Wasserteilchen umgeben sind, macht man dies auf der symbolischen Ebene in der Regel mit dem Zusatz (aq) kenntlich, z. B. Na+(aq) oder Cl–(aq).
Zur Ladung der Ionen
Wir werden im weiteren Unterricht noch genauer betrachten, wie Ionen entstehen bzw. entstanden sind.
Lass uns heute nur ausgewählte Modelle der einatomigen, stabilen Ionen betrachten. Wenn wir sie mit den dazugehörigen Atomen vergleichen, können wir schnell erkennen, warum die Ionen so geladen sind, wie es auf dem Etikett angeben ist.
Atome und Ionen in einem erweiterten Kugelwolkenmodell1
Die Größe der Ionen
Zur Größe der Ionen
Das Kugelwolkenmodell in Galerie 3 spiegelt die Ionengröße nicht korrekt wider. Wir nutzen daher einmal folgende Darstellung.
Beachte, dass die Farben vom Autor des Bildes willkürlich gewählt wurde. Rot und Blau symbolisieren hier etwas Anderes, als wir es vom Kugelwolkenmodell gewohnt sind.
Größe der Atome und Ionen einiger chemischer Elemente in Picometer (grau: Atome, rot: Kationen, blau: Anionen)2
Die exakte Größe eines Ions kann leicht schwanken und hängt von seiner Umgebung ab. Die dargestellten Werte sind daher als Mittelwerte zu verstehen.
Weitergedacht
- Beschreibe mithilfe der Modelle in Abb. 1 den Größenunterschied zwischen einem Natrium-Atom und einem Natrium-Ion (Na⁺).
- Erläutere an zwei Beispielen, warum sich die Größe beim Übergang von einem Atom zu einem Ion verändert.
- Benenne allgemein erkennbare Tendenzen in den Größen der Atome und ihrer stabilen Ionen im PSE.
- Formuliere einen Merksatz, der zusammenfasst, was Ionen sind, wie sie sich von Atomen unterscheiden und auf Teilchenebene wie sie in Wasser stabil vorkommen.