Welche Ionen bilden Nebengruppenelemente?
Woher weiß ich das? Als Beispiel: die Verbindung Cu2S (Kupferglanz/Chalkosin). S (Schwefel) bildet ja zweifach negativ geladene Ionen, weil es in der sechsten Hauptgruppe steht, aber wie ist es bei den Nebengruppen?
3 Antworten
Eigentlich kann man das nur mit der Orbitaltheorie so richtig erklären, aber ich versuchs mal so:
bei den Übergangsmetallen gilt:
Sie wollen entweder 5 oder 10 Nebengruppen-Elektronen und keine ihrer Hauptgruppenelektronen haben, das heißt, Eisen zum Beispiel gibt eines seiner Nebengruppenelektronen und seine beiden Hauptgruppenelektronen ab, um insgesamt 5 Nebengruppenelektronen übrig zu haben.
Erklärung mit Orbitaltheorie:
Das d-Orbital liegt nach der 2. Hauptgruppe energetisch unter dem Valenz-s-Orbital. Ein Übergangsmetall gibt also immer zuerst seine beiden s-Elektronen ab. Ein Orbital will immer halb oder voll besetzt sein. Dies führt dazu, dass zum Beispiel Zinn ausschließlich seine s-Elektronen abgibt, da das d-Orbital schon voll besetzt ist. Ein anderes Beispiel ist Eisen. Zuerst gibt es seine s-Elektronen ab, was zum Fe^2+ -Zustand führt. Anschließend gibt es sein 6. d-Elektron ab, um die halbbesetzte Mangankonfiguration zu erreichen.
Ab der 6. Periode kommen relativistische Effekte hinzu (inert pair effect) durch welchen Elemente weniger gern ihre s-Elektronen abgeben, was dazu führt, dass zum Beispiel Gold quasi nicht reaktiv ist, da es weder seine d-Elektronen abgeben will, da das d-Orbital voll besetzt ist, noch sein s-Elektron.
Das ist komplizierter. Meist muss es gelernt werden. Im Regelfall kannst du davon ausgehen, dass versucht wird auf 5 oder 10 Elektronen in den d-Orbitalen zu kommen und dabei erst die s-Elektronen abgegeben werden, gibt aber auch Fälle, wo beides d-Oribtale und s-Orbitale geleert werden, das sind dann entweder die frühen Elemente in der Periode oder bei späteren Elementen starke Oxidationsmittel. Grundsätzlich ist bei Nebengruppenelemente aber alles möglich, manche der Nebengruppenelemente in den späteren Perioden bilden sogar Anionen (Bekannt sind Gold und Platin). Dazu können alle auch noch Komplexkationen und Anionen bilden.
Am Beispiel für Kupfer ist es dann nochmal anders. Zwar sollte Cu(I) deutlich wahrscheinlicher sein als Cu(II) doch ist dem, gerade in wässrigen Lösungen, nicht so. (In anderen Lösungsmitteln kann durchaus Cu(I) stabiler sein, in einigen anderen in denen Sauerstoff vorkommt, wird Cu(I) aber auch schnell zu Cu(II) oxidiert). Hier kommen noch Sachen dazu wie das Cu(II) eine härtere Säure ist als Cu(I), Jahn-Teller-Distortion, die Lösungsenthalpie, etc..
Die leichten Übergangsmetalle (3d) kommen bevorzugt als zwei- oder dreiwertige Kationen vor. Alle Übergangsmetalle bis zur achte Gruppe können maximal die Oxidationsstufe ihrer Gruppennummer annehmen (Ti⁺ᴵⱽCl₄, NH₄V⁺ⱽO₃, K₂Cr⁺ⱽᴵO₄, KMn⁺ⱽᴵᴵO₄, Os⁺ⱽᴵᴵᴵO₄) und bei den schwereren Vertretern sind höhere Oxidationsstufen tendenziell stabiler. Bei den beiden folgenden Gruppen ist es konfus, normalerweise treten sie 2–4-wertig auf. Die Kupfergruppe bildet auch einwertige Ionen und die Zinkgruppe überwiegend zweiwertige, aber Hg kommt auch als Hg₂²⁺ vor. Die frühen Vertreter der 4d/5d-Metalle sind einander paarweise sehr ähnlich, vor allem Zr/Hf und Nb/Ta.
Das ist also relativ unübersichtlich und ein Grund, weshalb man anorganische Chemie lernen muß, bevor man sie kann. Letztlich hat jedes Element seine besondere Macken, die man am besten lernt, indem man im Labor damit herumspielt.
Im Labor herumspielen....Ja das ist eine Möglichkeit. Bin eh die nächsten 9 Monate im Labor