Übergangsmetalle

Die chemischen Elemente mit den Ordnungszahlen von 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 und 89 bis 112 werden üblicherweise als Übergangselemente bezeichnet. Da diese Elemente alle Metalle sind, wird auch der Ausdruck Halbmetalle benutzt. Dieser Name ist in ihrer Position im Periodensystem begründet, da sich dort der Übergang durch die aufeinanderfolgende Zunahme von Elektronen in den d-Atomorbitalen entlang jeder Periode zeigt. Übergangselemente werden chemisch von der IUPAC als Elemente, die eine unvollständige d-Schale besitzen oder Ionen mit einer unvollständigen d-Schale ausbilden, definiert. Nach dieser strengeren Definition sind Zink, Cadmium und Quecksilber keine Übergangselemente, da sie d10 Konfiguration besitzen. Traditionell wird jedoch die einfachere und weniger strikte Definition verwendet.

Eigenschaften

Übergangselemente zeichnen sich im allgemeinen durch hohe Zugfestigkeiten, Dichten, Schmelzpunkte und Siedepunkte aus. So wie andere Eigenschaften der Übergangsmetalle sind auch diese auf die Fähigkeit der Elektronen der d-Orbitale zurückzuführen, innerhalb des Metallgitters delokalisiert zu sein. In metallischen Stoffen sind diese Eigenschaften umso stärker ausgeprägt, je mehr Elektronen zwischen den Kernen aufgeteilt werden.

Es gibt vier typische Eigenschaften von Übergangsmetallen:

Oxidationszustände

Im Vergleich zu Elementen der II. Gruppe wie Calcium gibt es die Ionen der Übergangselemente in zahlreichen Oxidationszuständen. Calciumionen geben nur zwei Elektronen ab, da sie so eine Edelgaskonfiguration erhalten. Sie liegen somit in der Oxidationsstufe +II vor, wohingegen ein Übergangselement bis zu acht Elektronen abgeben kann. Die Energie, die zur Entfernung von Elektronen von Calcium notwendig ist, ist niedrig, solange bis man versucht, Elektronen unterhalb seiner äußeren beiden s-Orbitale zu entfernen. Ca3+ hat eine Ionisationsenthalpie, die so hoch ist, dass es normalerweise nicht vorkommt. Übergangselemente wie Vanadium dagegen haben wegen der geringen Energiedifferenz zwischen den 3d- und 4s-Orbitalen ziemlich linear ansteigende Ionisationsenthalpien entlang ihrer s- und d-Orbitale. Übergangselemente kommen daher auch mit sehr hohen Oxidationszahlen vor. Im allgemeinen sind solche Elektronenkonfigurationen bevorzugt, die entweder voll oder halb besetzt sind.

Entlang einer Periode kann man bestimmte Verhaltensmuster erkennen:

Eigenschaften in Abhängigkeit vom Oxidationszustand:

Katalytische Aktivität

Übergangsmetalle sind gute homogene oder heterogene Katalysatoren, z.B. ist Eisen der Katalysator für das Haber-Bosch-Verfahren. Nickel und Platin werden für die Hydrierung von Alkenen verwendet.


 
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 25.11. 2015