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Kationen

Du stellst dich der faszinierenden Welt der Chemie und speziell der Kationen. In diesem Artikel tauchst du tief in die Definition, Beispiele und Anwendung von Kationen ein, diese positiv geladenen Ionen, die die Grundlage vieler chemischer Reaktionen bilden. Dabei lernst du auch wichtige Unterschiede und Zusammenhänge mit Anionen, den negativ geladenen Ionen, kennen. Ob du ein Schüler, Student oder einfach nur neugierig auf die bunte Welt der Chemie bist, dieser Artikel wird dein Verständnis über das Thema Kationen erheblich erweitern.

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Du stellst dich der faszinierenden Welt der Chemie und speziell der Kationen. In diesem Artikel tauchst du tief in die Definition, Beispiele und Anwendung von Kationen ein, diese positiv geladenen Ionen, die die Grundlage vieler chemischer Reaktionen bilden. Dabei lernst du auch wichtige Unterschiede und Zusammenhänge mit Anionen, den negativ geladenen Ionen, kennen. Ob du ein Schüler, Student oder einfach nur neugierig auf die bunte Welt der Chemie bist, dieser Artikel wird dein Verständnis über das Thema Kationen erheblich erweitern.

Einführung in Kationen: Definition und Beispiele

Es ist wichtig, dass du eine solide Verständnis von Kationen hast, da sie eine grundlegende Rolle in vielen chemischen Reaktionen spielen. In diesem Teil wirst du einen klaren Überblick darüber bekommen, was Kationen sind und wie sie funktionieren.

Was sind Kationen? Erklärung des Kationen-Begriffs

Kationen sind positiv geladene Ionenspezies. Sie entstehen, wenn ein Atom oder eine Gruppe von Atomen ein oder mehrere Elektronen abgibt. Dabei erhöht sich die positive Ladung des Atoms oder der Atomgruppe, da die Anzahl der Protonen im Kern nun die Anzahl der Elektronen in der Atomhülle übersteigt.

Zum Beispiel, wenn Natrium (Na) ein Elektron abgibt, wird es zu einem Natrium-Kation (Na+). Das Natriumatom hat jetzt mehr Protonen als Elektronen und trägt daher eine positive Ladung.

Kationen einfach erklärt: So funktioniert positive Ladung

Die Anzahl der Protonen und Elektronen sind bei neutralen Atomen gleich. Wenn ein Atom jedoch Elektronen verliert und zu einem Kation wird, hat es mehr Protonen als Elektronen. Da Protonen eine positive Ladung tragen, hat das Kation eine positive Gesamtladung. Im Gleichgewichtszustand hat eine Atomhülle dieselbe Anzahl an Protonen und Elektronen. Aber bei Bildung eines Kations gibt das Atom Elektronen ab, die negative Ladungsträger sind. Der Verlust dieser Elektronen führt dazu, dass die positive Ladung der Protonen dominiert und das Atom oder die Gruppe von Atomen eine netto positive Ladung annimmt.

Kationen Beispiele: Ein Blick auf häufige Kationen in der Chemie

Viele Stoffe in der Natur enthalten Kationen. Einige gängige Beispiele sind Salze, Säuren und Basen. Hier siehst du einige Beispiele für Kationen:
Natrium-Kationen (Na+)entstehen, wenn Natrium ein Elektron abgibt
Calcium-Kationen (Ca2+)entstehen, wenn Calcium zwei Elektronen verliert
Eisen (II)-Kationen (Fe2+)und Eisen (III)-Kationen (Fe3+) entstehen, wenn Eisen zwei bzw. drei Elektronen verliert

Die positiven Ladungen von Kationen ermöglichen viele wichtige chemische Reaktionen. Sie reagieren oft mit Anionen, den negativ geladenen Ionen, um stabile, neutrale Verbindungen zu bilden. Salzbildung ist ein gängiges Beispiel dafür.

Calcium Kationen: Eine wichtige Gruppe

Calcium Kationen (Ca2+) sind besonders wichtig in der Biologie und Chemie. Sie entstehen, wenn Calcium-Atome zwei Elektronen verlieren. Diese Kationen haben nicht nur wichtige biochemische Funktionen, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle beim Bau von Knochen und Zähnen.

Zum Beispiel sorgt der hohe Gehalt an Calcium Kationen in unseren Knochen dafür, dass sie stark und widerstandsfähig gegen Brüche sind.

Viele Meerestiere, wie Muscheln oder Korallen, nutzen diese Kationen ebenfalls, um ihre Schalen oder Skelette aufzubauen. Sie nehmen dazu die Calcium-Ionen aus dem umgebenden Seewasser auf.

Unterschiede und Zusammenhänge: Ionen, Kationen und Anionen

Um die feinen Unterschiede und Zusammenhänge zwischen Ionen, Kationen und Anionen zu verstehen, musst du zuerst verstehen, was die grundlegenden Definitionen dieser Begriffe sind.

Ionen, Kationen, Anionen: Verständnis der Unterschiede

Ionen sind Atome oder Moleküle, die eine positive oder negative Ladung tragen. Diese Ladung entsteht durch den Verlust oder Gewinn von Elektronen. Wenn ein Atom ein oder mehrere Elektronen verliert, wird es positiv geladen und wir nennen es ein Kation. Wenn es ein oder mehrere Elektronen gewinnt, wird es negativ geladen und wir nennen es ein Anion.

Mit anderen Worten, Ionen sind die Oberkategorie, und Kationen und Anionen sind spezielle Typen von Ionen. Kationen haben eine positive Ladung aufgrund des Verlustes von Elektronen, während Anionen eine negative Ladung aufgrund des Gains von Elektronen.

In einer Formel: \[ \text{Ion} = \begin{cases} \text{Kation} & \text{wenn Elektronen verloren gehen}\\ \text{Anion} & \text{wenn Elektronen erworben werden} \end{cases} \]

Kationen, Anionen und Wasser: Die Rolle im aquatischen Kontext

Kationen und Anionen spielen auch eine wichtige Rolle im Wasser. Wasser hat eine hohe Dielektrizitätskonstante, was bedeutet, dass es die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen reduzieren kann. Aufgrund dieser Eigenschaft ist Wasser ein ausgezeichnetes Lösungsmittel und kann Kationen und Anionen leicht voneinander trennen. Ich will dir ein anschauliches Beispiel geben:

Sobald Kochsalz (NaCl) in Wasser gegeben wird, dissoziiert es in seine Ionenbestandteile, das Natriumkation (Na+) und das Chloranion (Cl-). Wasser umgibt und stabilisiert diese Ionen, wodurch eine Elektrolytlösung entsteht.

Darüber hinaus sind Kationen und Anionen wichtig für aquatische Organismen und ihre physiologischen Prozesse. Zum Beispiel nutzen sie den Unterschied in den Konzentrationen von Kationen und Anionen über ihre Zellmembranen, um wichtige Funktionen wie Nährstofftransport und Signalübertragung durchzuführen.

Kationen, Anionen Tabelle: Eine visuelle Hilfe zur Unterscheidung

Eine Tabelle ist oft eine nützliche visuelle Hilfe zum Verständnis der Unterschiede zwischen Kationen und Anionen. Hier ist eine kurze Zusammenfassung einiger dieser Unterschiede:
KationenAnionen
LadungPositivNegativ
BildungDurch Verlust von ElektronenDurch Gewinn von Elektronen
Beispiel für das ElementNatrium (Na+)Chlor (Cl-)

Einige mehratomige Ionen können auch Kationen oder Anionen sein. Zum Beispiel ist das Ammonium-Ion (NH4+) ein Kation, während das Sulfit-Ion (SO3-) ein Anion ist.

Kationen in Aktion: Anwendung und Nachweispraktiken

Kationen sind nicht nur ein faszinierendes chemisches Konzept, sondern haben auch eine breite Palette von Anwendungen. Sie sind von zentraler Bedeutung in praktischen Anwendungen sowie im Nachweis und der Identifizierung von Verbindungen. In den folgenden Abschnitten wirst du detaillierte Informationen darüber erhalten, wie Kationen in verschiedenen Bereichen zur Anwendung kommen und wie sie nachgewiesen werden können.

Kationenaustauschkapazität: Konzepte und Anwendungen

Beim Konzept der Kationenaustauschkapazität (KAK) handelt es sich um die Fähigkeit eines Bodens oder anderer Materialien, Kationen an sich zu binden und gegen andere Kationen auszutauschen. Boden mit hoher Kationenaustauschkapazität kann mehr Kationen halten und diese effektiver gegen andere Kationen austauschen. Der Austausch von Kationen ist ein Schlüsselprozess in der Bodenchemie und hat erhebliche Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit.
  • Höhere KAK bedeutet eine bessere Fähigkeit des Bodens, wichtige Nährstoffe zu halten und verfügbar zu machen.
  • KAK wird durch Bodenreaktion (pH), organische Substanz und Tonerdengehalt beeinflusst.
  • Die KAK wird oft im Einheit Millival (meq) pro 100g Boden gemessen.
So kannst du die Kationenaustauschkapazität deines Bodens verbessern:
  • Fügen organisches Material wie Kompost oder abgefallenes Laub hinzu. Organisches Material erhöht den Humusgehalt im Boden, was wiederum die KAK erhöht.
  • Verwende Kalkstein, um den pH-Wert des Bodens zu erhöhen. Ein höherer pH-Wert erhöht die KAK, indem er mehr Kationenaustauschstellen verfügbar macht.

Trennungsgang Kationen: Grundlagen und Schritte

Der Trennungsgang von Kationen ist eine systematische Methode zur Identifizierung und Trennung von Kationen in einer unbekannten Lösung. Es basiert auf der Reihenfolge der Reaktivitäten bestimmter Kationen und deren verschiedener Löslichkeiten und Farben, die durch bestimmte Reaktionen entstehen. Im Allgemeinen orientiert sich der Trennungsgang an der Gegenwart vier verschiedener Kationengruppen: 1. Die \( \text{Al}^{3+} \), \( \text{Cr}^{3+} \) und \( \text{Fe}^{3+} \) Kationen, die durch Ammoniumhydroxid in der Gegenwart von Ammoniumchlorid nachgewiesen werden. 2. Die \( \text{Ca}^{2+} \), \( \text{Ba}^{2+} \) und \( \text{Sr}^{2+} \) Kationen, die durch Schwefelsäure nachgewiesen werden. 3. Die \( \text{Fe}^{2+} \), \( \text{Pb}^{2+} \) und \( \text{Cu}^{2+} \) Kationen, die durch Schwefelwasserstoff in saurer Lösung nachgewiesen werden. 4. Die \( \text{Na}^{+} \), \( \text{K}^{+} \) und \( \text{NH}_4^{+} \) Kationen, die durch verschiedene spezifische Reagenzien nachgewiesen werden. Die Kenntnis des Trennungsgangs der Kationen ist für Analysen in vielen Bereichen der Chemie unerlässlich, von der Umweltchemie bis zur forensischen Chemie.

Kationen Nachweis: Anleitungen für Tests und Experimente

Es gibt verschiedene Methoden, um Kationen in einer Probe nachzuweisen. Einige sind einfache, schnelle Tests, während andere spezialisierter und detaillierter sind.
  • Flammentests: Ein Flammentest ist eine schnelle und einfache Methode zur Identifizierung von Kationen. Jedes Metall gibt bei Erhitzung eine bestimmte Farbe ab. So zeigen zum Beispiel Kaliumionen einen violetten Farbton und Kupferionen eine grüne oder blaue Farbe.
  • Präzipitationstests: Bei diesen Tests wird ein Präzipitationsreagenz zu einer Probe hinzugefügt, um ein Präzipitat zu bilden, das dann auf die Anwesenheit bestimmter Kationen untersucht wird.
  • Komplexbildungstests: Bei diesen Tests wird eine bekannte Menge an Liganden zu einer Probe hinzugefügt, um Komplexe mit spezifischen Kationen zu bilden.
Weitere spezialisierte Tests, wie spectrochemische Analyse und chromatographische Techniken, erfordern ein erhöhtes Maß an Fachwissen und spezialisierte Ausrüstung, aber sie bieten auch eine höhere Genauigkeit und Empfindlichkeit. Es ist wichtig, die am besten geeignete Methode zur Identifizierung der Kationen in der jeweiligen Probe auszuwählen.

Übersicht und Kenntnisse erweitern: Alle Kationen

Kationen sind ein Herzstück für das Verständnis chemischer Reaktionen und Prozesse. Sie sind in nahezu allen Sektoren der Natur und Industrie präsent, haben Einfluss auf lebenswichtige Prozesse und Anwendungen und bilden die Basis für die vielfältige Welt der Chemie.

Kationen Liste: Ein vollständiger Überblick

Es gibt eine Vielzahl von Kationen vorhanden und alle haben ihre speziellen und einzigartigen Eigenschaften. Die Liste enthält eine Vielfalt von einfachen Kationen, die aus nur einem Atom bestehen, bis hin zu komplexen polyatomaren Ionen, die aus mehreren Atomen bestehen. Wir finden sie in unterschiedlichen Elementgruppen wie Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Übergangsmetallen und Post-Übergangsmetallen.
KationSymbolOxidationszustand
Lithium\( \text{Li}^{+} \)+1
Magnesium\( \text{Mg}^{2+} \)+2
Aluminium\( \text{Al}^{3+} \)+3
Eisen (II)\( \text{Fe}^{2+} \)+2
Eisen (III)\( \text{Fe}^{3+} \)+3
Jedes Kation in der Liste hat seine spezifischen Eigenschaften, die es einzigartig machen. Zum Beispiel hat Lithium, das kleinste Alkalimetall, nur ein einziges Elektron in seiner äußersten Schale, das leicht zu entfernen ist, daher seine +1 positive Ladung. Eisen hingegen kann in verschiedenen Oxidationszuständen existieren, wie +2 und +3, was zu unterschiedlichen Eigenschaften und Reaktivitäten führt.

Kationen - Das Wichtigste

  • Definition: Kationen sind positiv geladene Ionen, die entstehen, wenn ein Atom oder eine Gruppe von Atomen Elektronen abgibt
  • Beispiel: Das Natrium-Kation (Na+) entsteht, wenn ein Natriumatom ein Elektron abgibt
  • Erklärung: Kationen haben eine positive Gesamtladung, da sie mehr Protonen als Elektronen haben
  • Häufige Kationen in der Chemie: Natrium-Kationen (Na+), Calcium-Kationen (Ca2+) und Eisen-Kationen (Fe2+ und Fe3+)
  • Zusammenhang zwischen Ionen, Kationen und Anionen: Ionen sind Atome oder Moleküle mit einer Ladung. Wenn Atome Elektronen verlieren, werden sie zu Kationen. Wenn Atome Elektronen gewinnen, werden sie zu Anionen
  • Kationenaustauschkapazität: Dies ist die Fähigkeit eines Materials, Kationen zu binden und gegen andere Kationen auszutauschen. Sie spielt eine Schlüsselrolle in der Bodenchemie und der Bodenfruchtbarkeit
  • Trennungsgang von Kationen: Dies ist eine Methode zur Identifizierung und Trennung von Kationen in einer Lösung, basierend auf ihrer Reaktivität und Löslichkeit
  • Nachweismethoden für Kationen: Dazu gehören Flammen-, Präzipitations- und Komplex-Bildungstests

Häufig gestellte Fragen zum Thema Kationen

Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion, das durch den Verlust von einem oder mehreren Elektronen entstanden ist. Ein Anion hingegen ist ein negativ geladenes Ion, das durch die Aufnahme von einem oder mehreren Elektronen entsteht.

Nein, ein Kation ist nicht ein Proton. Ein Kation ist ein positiv geladenes Ion, das entsteht, wenn ein Atom oder eine Molekülgruppe eines oder mehrere Elektronen verliert. Ein Proton ist ein subatomares Teilchen mit positiver Ladung, das sich im Kern eines Atoms befindet.

Kationen werden nicht berechnet, sie werden durch chemische Prozesse in Lösungen identifiziert. Kationen sind positiv geladene Ionen, die durch Abgabe von einem oder mehreren Elektronen durch ein Atom oder eine chemische Verbindung entstehen. Ihre Ladung kann durch die Anzahl der abgegebenen Elektronen bestimmt werden.

Kationen sind positiv geladene Ionen, die entstehen, wenn ein Atom, typischerweise ein Metall, eines oder mehrere Elektronen verliert. Beispiele für Elemente, die Kationen bilden können, sind Natrium, Kalium, Calcium und Aluminium.

Finales Kationen Quiz

Kationen Quiz - Teste dein Wissen

Frage

Was ist eine Redoxreaktion?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Redoxreaktion ist eine Elektronenübertragung von einem Atom auf ein anderes Atom. Sie setzt sich immer aus Oxidation eines Atoms und aus Reduktion des anderen Atoms zusammen. 

Oxidation = Atom gibt Elektronen ab

Reduktion = Atom nimmt Elektronen auf

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Frage

Was ist eine Reduktion?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Reduktion ist eine Elektronenaufnahme. Wenn ein Atom Elektronen von einem anderen Atom aufnimmt, wird es reduziert.

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Oxidation?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Oxidation ist eine Elektronenabgabe. Wenn ein Atom Elektronen an ein anderes Atom abgibt, wird es oxidiert.

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Frage

Wie nennt sich die Kraft, welche Abstoßung und Anziehung zwischen zwei geladenen Teilchen beschreibt? Wie wirkt sie?

Antwort anzeigen

Antwort

Es ist die Coulomb-Kraft. Wenn beide Teilchen positiv oder negativ geladen sind, stoßen sie sich ab. Wenn ein Teilchen positiv und das andere Teilchen negativ geladen ist, ziehen sie sich an. Je größer die Ladungen der wechselwirkenden Teilchen ist, desto stärker sind Abstoßung und Anziehung.

Frage anzeigen

Frage

Nenne drei zweiwertige Kationen.

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Antwort

Mg2+. Ca2+, Be2+

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Frage

Nenne drei einwertige Kationen.

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Antwort

K+. Na+. Li+

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Frage

Wie binden Böden Kationen?

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Antwort

Böden haben negativ geladene, anorganische Bestandteile. Negativ geladene Teilchen und positiv geladene Teilchen ziehen sich an. Diese Bestandteile ziehen also die positiv geladenen Kationen an.

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Frage

Wieso ist ein niedriger pH-Wert von Nachteil für die Pflanzenernährung?

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Antwort

Ein niedriger pH-Wert ist mit einer hohen Konzentration von H3O+-Ionen gleichzusetzen. Diese binden an die negativ geladenen Bestandteile des Bodens, wodurch eigentliche Nährstoffkationen nur in geringeren Mengen gespeichert werden können.

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Frage

Was gibt die Bodenaustauschkapazität an?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Bodenaustauschkapazität gibt an, wie viele Kationen ein Boden binden kann. Sie hat die Einheit mmol pro kg.

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Frage

Wie können aus Kationen ihre Elemente gewonnen werden?

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Antwort

Durch Elektrolyse, also eine erzwungene Redoxreaktion. Die Kationen werden dabei reduziert.

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Frage

Was kannst du über die Wertigkeit der Kationen der Element der ersten, zweiten und dritten Hauptgruppe sagen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Wertigkeit beziehungsweise Ladung entspricht der Zahl der Hauptgruppe. 

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Frage

Welche Elemente können Kationen verschiedener Wertigkeit bilden?

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Antwort

Die Elemente der Nebengruppen, zum Beispiel Kupfer und Silber.

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Frage

Wie entstehen Kationen?

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Antwort

Anionen oder Elemente geben so viele Elektronen ab, bis sie weniger Elektronen als Protonen haben. Sie müssen also oxidiert werden.

Frage anzeigen

Frage

Nach welchen Kriterien kann man Kationen unterscheiden?

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Antwort

Es gibt einfache Kationen und zusammengesetzte Kationen. Erstere bestehen aus einem einzigen Atom, die anderen Kationen sind Moleküle. Außerdem haben Kationen verschieden hohe Ladungen beziehungsweise Wertigkeiten.

Frage anzeigen

Frage

Wie berechnest du die Ladung eines Ions allgemein?


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Antwort

Ladung = Anzahl Protonen - Anzahl Elektronen

Frage anzeigen

Frage

Wo befinden sich im Atom die Protonen, wo die Elektronen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Protonen befinden sich im Atomkern, die Elektronen in der Atomhülle.

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Frage

Wie wechselwirkt ein Kation mit negativ geladenen Teilchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie ziehen sich an.

Frage anzeigen

Frage

Wie wechselwirkt ein Kation mit anderen positiv geladenen Teilchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie stoßen sich ab.

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Frage

Was ist ein Kation?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Kation ist ein Atom, das weniger Elektronen als Protonen hat.

Frage anzeigen

Karteikarten in Kationen19

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Was ist eine Redoxreaktion?

Eine Redoxreaktion ist eine Elektronenübertragung von einem Atom auf ein anderes Atom. Sie setzt sich immer aus Oxidation eines Atoms und aus Reduktion des anderen Atoms zusammen. 

Oxidation = Atom gibt Elektronen ab

Reduktion = Atom nimmt Elektronen auf

Was ist eine Reduktion?

Eine Reduktion ist eine Elektronenaufnahme. Wenn ein Atom Elektronen von einem anderen Atom aufnimmt, wird es reduziert.

Was ist eine Oxidation?

Eine Oxidation ist eine Elektronenabgabe. Wenn ein Atom Elektronen an ein anderes Atom abgibt, wird es oxidiert.

Wie nennt sich die Kraft, welche Abstoßung und Anziehung zwischen zwei geladenen Teilchen beschreibt? Wie wirkt sie?

Es ist die Coulomb-Kraft. Wenn beide Teilchen positiv oder negativ geladen sind, stoßen sie sich ab. Wenn ein Teilchen positiv und das andere Teilchen negativ geladen ist, ziehen sie sich an. Je größer die Ladungen der wechselwirkenden Teilchen ist, desto stärker sind Abstoßung und Anziehung.

Nenne drei zweiwertige Kationen.

Mg2+. Ca2+, Be2+

Nenne drei einwertige Kationen.

K+. Na+. Li+

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