Warum steht Eisen in der 8. Nebengruppe?

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3 Antworten

Moin,

ich verstehe nicht, wie man Ratschläge geben kann, wenn man eigentlich selbst keine Ahnung zu haben scheint?!

Um es auf den Punkt zu bringen, deine Formelsammlung ist nicht fehlerhaft. Eisen bildet zusammen mit den beiden Nachbarelementen Cobalt und Nickel die Nebengruppe VIII B. Das hat etwas mit Atombau und dem Befüllen von Orbitalen zu tun. Es ist ein bisschen kompliziert, und ich weiß nicht, ob ihr das schon hattet?!.

Wichtig ist jedenfalls, dass Eisen die Ordnungszahl 26 hat. Das bedeutet, dass Eisenatome 26 Protonen im Kern haben. Als Atom haben sie damit auch insgesamt 26 Elektronen (und nicht 26 Außenelektronen, wie KoolS65 fälschlicherweise behauptet). Die Elektronen verteilen sich nun wie folgt: 2 kommen ins 1. Hauptenergieniveau (HEN). 8 weitere kommen ins 2. HEN. Das 3. HEN hat nun neben dem s- und den 3 p-Orbitalen (das sind Aufenthaltsräume für Elektronen, in denen man sie mit 90%iger Wahrscheinlichkeit antrifft) auch noch 5 d-Orbitale. Diese liegen allerdings - obwohl sie zum 3. HEN gehören, energetisch etwas ungünstiger als das s-Orbital des folgenden 4. HENs. Darum werden zunächst einmal die 3s- und 3p-Orbitale mit Elektronen aufgefüllt (was noch einmal 8 Elektronen erfordert), dann wird das 4s-Orbital mit 2 Elektronen besetzt und dann erfolgt eine Auffüllung der 3d-Orbitale. Damit erhältst du folgende Besetzung der Orbitale:

1s2, 2s2 2p6, 3s2 3p6, 3d6, 4s2

Die erste Zahl gibt dir das HEN an, der Buchstabe, welche Orbitale gemeint sind und die zweite Zahl gibt an, mit wie vielen Elektronen die jeweiligen Orbitale besetzt sind.

Was nun deine eigentliche Frage betrifft, so erkennst du, dass das formal äußere HEN mit zwei Elkektronen besetzt ist (4s2). Damit hat Eisen im Prinzip zwei Außen- oder Valenzelektronen. Das erklärt, warum es Fe^2+-Ionen gibt. Allerdings ist dieses Orbital energetisch etwas günstiger als die 3d-Orbitale (von denen es insgesamt fünf gibt). Die fünf 3d-Orbitale werden also alle erst einfach besetzt (macht 5 Elektronen), und anschließend kommt das letzte Elektron, das noch verteilt werden muss, zu einem anderen Elektron, das sich bereits in einem der 3d-Orbitale befindet. Da ein halb besetztes Orbital energetisch wiederum etwas stabiler ist als ein irgendwie besetztes, haben Eisenionen einen energetischen Vorteil, wenn sie dieses eine Elektron aus dem einen doppelt besetzten 3d-Orbital auch noch abgeben, denn dadurch erreichen sie, dass die fünf 3d-Orbitale nun jeweils einfach und die 3d-Orbitale insgesamt damit halb besetzt sind. Das erklärt, warum es Fe^3+-Ionen gibt.

Ich weiß - wie gesagt - nicht, ob du das schon verstehst. Aber wie auch immer, du siehst, es ist etwas komplizierter als bei den Hauptgruppenelementen. Darum kannst du dir als Fazit folgendes merken:

NUR bei Hauptgruppenelementen kann man aus der Gruppennummer direkt auf die Anzahl der Valenzelektronen schließen. Bei den Nebengruppenelementen geht das nicht.

Formal hat Eisen zwei Valenzelektronen (die beiden Elektronen im s-Orbital des 4. HENs). Darum gibt es Fe^2+-Ionen.

Da aber das Eisenion stabiler wird, wenn es ein weiteres Elektron aus dem dann äußeren 3. HEN abgibt, um die 3d-Orbitale halb besetzt zu haben, gibt es Fe^3+-Ionen.

Ich hoffe, du konntest meinen Ausführungen einigermaßen folgen... LG von der Waterkant.

DedeM 02.06.2011, 17:31

Danke für den Stern...

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Die Nebengruppenzahl gibt die Anzahl der Valenzelektronen an, also die Anzahl der Außenelektronen, in diesem Falle gibt es 8 Außenelektronen, weil Eisen in der 8. Nebengruppe steht

NotSoPerfect 02.06.2011, 16:33

in meinem heft aber steht, dass Eisen 2 Außenelektronen hat und meines wissens nach kann eisen gar keine 8 außenelektronen haben, da es sonst keine verbindungen eingehen würde oder?

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DedeM 02.06.2011, 17:23
@NotSoPerfect

Moin,

sonnie93 hat nicht ganz unrecht, aber es ist etwas komplizierter... In meiner eigenen Antwort an dich, NotSoPerfect, habe ich versucht zu erklären, wie es dazu kommt. Hier nur noch einmal eine Erklärung für die Nebengruppennummer VIII: Wie gesagt, ist das s-Orbital des 4. HENs energetisch etwas günstiger als die fünf 3d-Orbitale. Darum werden sie vor den 3d-Orbitalen mit Elektronen besetzt. Aber sie sind nicht viel günstiger. Im Gegenteil, sie liegen energetisch eher dicht beieinander. Darum kannst du einerseits sagen, dass Eisen formal zwei Valenzelektronen hat (4s2), aber wenn du die sechs Elektronen der energetisch sehr ähnlich liegenden 3d-Orbitale hinzunimmst, hast du im Grunde acht Valenzelektronen (4s2 + 3d6). Und tatsächlich ist das stabilste Ion, das Eisen bildet, das Fe^3+. Das entsteht, wenn ein Eisenatom seine beiden 4s-Elektronen und ein Elektron aus dem doppelt besetzten 3d-Orbital abgibt. In diesem Falle wirken die 3d-Elektronen quasi wie Valenzelektronen...

Dass alles eine Frage der Energie ist, wird übrigens sehr schön deutlich, wenn man sich die Elemente Kupfer (Cu) und Zink (Zn) anschaut, aber das ist schon fast wieder eine eigene Frage wert...

LG von der Waterkant.

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indem du die 26 Elektronen auf die Atomschalen verteilst und schaust wieviele für die äußere Schale (Valenzschale) übrig bleiben

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