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ÜbergangsmetalleZoomA-Z

Fachgebiet - Allgemeine Chemie

Zur Gruppe der Übergangsmetalle bzw. Übergangselemente zählen nach IUPAC-Definition Elemente des Periodensystems, deren Atome eine nur teilweise mit Elektronen besetzte d-Schale besitzen bzw. Kationen mit unvollständig gefüllter d-Schale bilden können. Da es sich bei diesen Elementen ausschließlich um Metalle handelt, werden diese Elemente Übergangsmetalle genannt.

Tab.1
Folgende Elemente gehören zu den Übergangsmetallen:
Periode des PSEElementeOrdnungszahlen
4Scandium bis Kupfer21-29
5Yttrium bis Silber39-47
6Lanthan bis Gold, Lanthanoide57-79
7Actinium, Actinoide, Transactinoide89-111
Abb.1
Übergangsmetalle im Periodensystem der Elemente

Zur weiteren Differenzierung der Elementgruppe erfolgt üblicherweise eine Unterteilung in die äußeren Übergangselemente (d-Block-Elemente, bei denen die zweitäußerste Schale mit Elektronen aufgefüllt wird) und die inneren Übergangselemente(Lanthanoide und Actinoide) (f-Block-Elemente, bei denen die drittäußerste Elektronenschale besetzt wird).

Abweichend von der IUPAC-Definition werden häufig auch die Elemente mit vollständig gefüllten d-Schalen (d10-Elemente: Zink, Cadmium, Quecksilber, Element 112) mit zu den Übergangsmetallen gerechnet. In dieser Zusammenstellung entsprechen die Übergangselemente der früheren Bezeichnung Nebengruppenelemente.

Alle Übergangselemente weisen typisch metallische Eigenschaften auf, z.B. eine gute Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität sowie metallischen Glanz. Sie haben allgemein eine hohe Dichte und einen hohen Schmelzpunkt sowie magnetische Eigenschaften. Da für die chemischen Eigenschaften eines Elementes insbesondere die Elektronenkonfiguration der äußeren Schale von Bedeutung ist, unterscheiden sich die Übergangsmetalle innerhalb einer Periode - in der nur innere Schalen gefüllt werden - nicht so deutlich voneinander wie die Elemente anderer Gruppen. Die in ihrem Verhalten sehr ähnlichen Elemente werden z.T. in bestimmten Untergruppen zusammengefasst (Platinmetalle, Seltenerdmetalle).

Übergangsmetalle können durch Abgabe von Elektronen aus dem äußeren s- und dem d-Niveau in ihren chemischen Verbindungen Oxidationsstufen zwischen +1 und +8 annehmen. In besonderen Fällen sind durch Elektronenaufnahme in die unvollständig gefüllte d-Schale auch negative Oxidationsstufen möglich. Besonders häufig bei den äußeren Übergangselementen ist die Oxidationsstufe +2, die sich aus der Abgabe der beiden s-Elektronen in der äußersten Elektronenschale ergibt (z.B. Fe2+, Co2+, Ni2+). Auch Oxidationszahlen, die ein halb oder voll besetztes d-Niveau zur Grundlage haben, sind besonders stabil, wie Mn2+, Fe3+, Ag+. Innere Übergangsmetalle bilden durch Abgabe der beiden äußeren s-Elektronen sowie eines weiteren, darunter liegenden Elektrons überwiegend 3-wertige Kationen.

Charakteristisch für die Übergangsmetalle ist die oft intensive, mit der Oxidationsstufe wechselnde Farbigkeit ihrer Verbindungen.

Die leichte Änderung des Oxidationszustandes sowie eine ausgeprägte Tendenz zur Bildung von Komplexverbindungen machen viele Übergangsmetalle zu einem unverzichtbaren Bestandteil in technisch wichtigen Katalysator-Systemen, so fungiert z.B. Eisen als Katalysator im Haber-Bosch-Verfahren zur Synthese von Ammoniak. Eine Vielzahl organischer Substanzen lässt sich per homogeneroder heterogener Katalyse zielgerichtet hydrieren, oxidieren oder polymerisieren (z.B. Olefin-Polymerisation mittels Ziegler-Natta-Katalysatoren). In biologischen Systemen dienen komplex gebundene Übergangsmetalle u.a. zur Stickstoff-Fixierung oder Sauerstoff-Übertragung (siehe Hämoglobin).

Siehe auch: Elektronenkonfiguration