ÜbergangsmEtalle
Position Vonübergangsmetalle im Periodensystem
Die Elemente im Periodensystem sind oft in vier unterteiltKategorien: (1) Hauptgruppenelemente, (2) Übergangsmetalle, (3)Lanthanide und (4) Aktinide. Die Hauptgruppenelementeinschließen die aktiven Metalle in den beiden Spalten auf der äußersten linken Seite des Periodensystems und die Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle in den sechs Spalten ganz rechts. Die Übergangsmetalle sindsind die metallischen Elemente, die als Brücke oder Übergang zwischen den beiden Seiten des Tisches dienen., Die Lanthanide und Aktinide am unteren Rand der Tabelle sind manchmal als innere Übergangsmetalle bekannt, weil sie atomare Zahlen haben, die zwischen dem ersten und zweiten Element in den letzten beiden Reihen der Übergangsmetalle fallen.
Übergangsmetalle vs. Hauptgruppenelemente
Es gibt einige Kontroversen über die Klassifizierung derElemente an der Grenze zwischen der Hauptgruppe Undtransitionsmetallelemente auf der rechten Seite der Tabelle. Die fraglichen Elemente sind Zink (Zn), Cadmium(Cd) und Quecksilber (Hg).,
Die Meinungsverschiedenheit darüber, ob diese Elemente als Hauptgruppenelemente oder Übergangsmetalle klassifiziert werden sollten, legt nahe, dass die Unterschiede zwischen diesen Kategorien nicht klar sind.Übergangsmetalle sind in vielerlei Hinsicht wie Hauptgruppenmetalle: Siehauen wie Metalle aus, sie sind formbar und duktil, sie leiten Wärme und Elektrizität und bilden positive Ionen., Die Tatsache, dass die beiden besten Leiter von Elektrizität ein Übergangsmetall(Kupfer) und ein Hauptgruppenmetall (Aluminium) sind, zeigt, inwieweit sich die physikalischen Eigenschaften von Hauptgruppenmetallen und Übergangsmetallen überlappen.
Es gibt auch Unterschiede zwischen diesen Metallen. Thetransitionsmetalle sind elektronegativer als beispielsweise die Hauptgruppenmetalle und bilden daher eher kovalente Verbindungen.
Ein weiterer Unterschied zwischen der Hauptgruppe Metalle Undtransitionsmetalle können in den Formeln der Compoundsie bilden., Die Hauptgruppenmetalle neigen dazu, Salze zu bilden (wie znacl, Mg3N2 und CaS), in denen es nicht genug negative Ionen gibt, um die Ladung auf den positiven Ionen auszugleichen. Die Übergangsmetalle bilden ähnliche Verbindungen, aber sie sind wahrscheinlicher,als Hauptgruppenmetalle Komplexe zu bilden, wie die FeCl4 -, HgI42-und Cd(OH)42-Ionen, die eine übermäßige Anzahl negativer Ionen aufweisen.
Ein dritter Unterschied zwischen Hauptgruppe und Übergangsmetallionen ist die Leichtigkeit, mit der sie stabile Verbindungen mitneutralmoleküle wie Wasser oder Ammoniak., Salts of main groupmetal ions dissolve in water to form aqueous solutions.
| H2O | ||||
| NaCl(s) |  |
Na+(aq) | + | Cl-(aq) |
When we let the water evaporate, we get back the originalstarting material, NaCl(s). Salts of the transition-metalions can display a very different behavior., Chrom (III) – chlorid ist beispielsweise eine violette Verbindung, die sich inflüssigem Ammoniak löst, um eine gelbe Verbindung mit der Formel CrCl3 6 NH3 zu bilden, die isoliert werden kann, wenn das Ammoniak verdampft.
CrCl3(s) + 6 NH3(l)
Die Elektronenkonfiguration von Übergangsmetallionen
Die Beziehung zwischen den Elektronenkonfigurationen von Transitionsmetallelementen und ihren Ionen ist komplex.,
Beispiel: Betrachten wir die Chemie von Kobalt, die sich bildetkomplexe, die entweder Co2+ – oder Co3+ – Ionen enthalten.
Die Elektronenkonfiguration eines neutralen Kobaltatoms wird wie folgt geschrieben.
Co: 4s2 3d7
Die Diskussion der relativen Energien der Atomorbitalenzeigt an, dass das 4s-Orbital eine niedrigere Energie als die 3dorbitale hat. Daher könnten wir erwarten, dass Kobalt Elektronen aus derhohe Energie 3d Orbitale, aber das ist nicht, was isobserved. Die Co2+ und Co3+ Ionen haben folgende Elektronenkonfigurationen.,
Co2+: 3d7
Co3+: 3d6
Im Allgemeinen werden Elektronen aus den valence-shell s Orbitalen entfernt, bevor sie ausvalence d Orbitalen entfernt werden, wenn Übergangsmetalle ionisiert werden.
Übungsproblem 1:
Vorhersage der Elektronenkonfiguration des Fe3+ – Ions.
Klicken Sie hier, um zu überprüfen, Ihre Antwort zu Üben Aufgabe 1
Da die Valenz-Elektronen-übergangs-Metall-Ionen areconcentrated in d-orbitalen, diese Ionen sind oft describedas mit dn-Konfigurationen., Die Co3+ – und Fe2+ – Ionen sollen beispielsweise eine D6-Konfiguration haben.
Co3+: 3d6
Fe2+: 3d6
Oxidationszustände Derübergangsmetalle
Die meisten Übergangsmetalle bilden mehr als einen Oxidationszustand.
Einige Oxidationszustände sind jedoch häufiger als andere.Die häufigsten Oxidationszustände der ersten Reihe Vontransitionsmetalle sind in der folgenden Tabelle angegeben. Die Bemühungen, das offensichtliche Muster in dieser Tabelle zu erklären, scheitern letztendlich aus einer Kombination von Gründen. Einige dieser Oxidationszustände sind häufigweil sie relativ stabil sind., Andere beschreiben Compounds, die nicht unbedingt stabil sind, aber langsam reagieren. Stillothers sind nur aus historischer Sicht üblich.
Allgemeine Oxidationszustände der ersten Serie von Übergangsmetallen
Ein Punkt über die Oxidationszustände von Übergangsmetallen verdient besondere Aufmerksamkeit: Übergangsmetallionen mit Ladungen größer als +3 können in wässriger Lösung nicht vorhanden sein.
Betrachten Sie die folgende Reaktion, bei der Mangan oxidiertwirdvon +2 bis +7 Oxidationszustand.,
Mn2+(aq) + 4 H2O(l) MnO4-(aq) + 8 H+(aq) + 5 e-
Wenn das Mangan-atom oxidiert wird, es wird moreelectronegative. In der + 7 Oxidationsstufe ist dieses Atomelektronegativ genug, um mit Wasser zu reagieren, um ein kovalentes Molekül, MnO4-zu bilden.
Es ist sinnvoll, zwischen der Größe eines Übergangsmetallions und dem Oxidationszustand des Übergangsmetalls zu unterscheiden. Herkömmlicherweise beziehen sich Symbole wie Mn2+auf Ionen, die eine +2-Ladung tragen., Symbole wie Mn (VII) sindverwendet, um Verbindungen zu beschreiben, in denen Mangan im +7oxidationszustand ist.
Mn(VII) ist nicht das einzige Beispiel für einen Oxidationszustand, der stark genug ist, um Wasser zu zersetzen. Sobald Mn2+ oxidiert wirdzu Mn (IV) reagiert es mit Wasser zu MnO2. Ein ähnliches Phänomen ist in der Chemie von Vanadium und Chrom zu beobachten. Vanadium existiert in wässrigen Lösungen als V2 + – Ion. Sobald es jedoch in den Oxidationszustand +4 oder +5 oxidiert ist, reagiert es mit Wasser, um das VO2+ – oder VO2+ – Ion zu bilden. Das Cr3 + – Ion kann in wässriger Lösung gefunden werden.,Sobald dieses Ion jedoch zu Cr(VI) oxidiert ist, reagiert es mit Wasser, um die CrO42 – und Cr2O72-Ionen zu bilden.