Eigenschaften von Übergangsmetallen

Übergangsmetalle sind eine Gruppe von Elementen, die sich im d-Block befinden. Sie befinden sich zwischen den Hauptgruppenelementen und weisen einzigartige Eigenschaften auf, wie z. B. elektrische Leitfähigkeit, Farben, Härte, hohe Schmelzpunkte und Magnetismus.

Viele dieser Eigenschaften werden auf die Füllung von d-Orbitalen zurückgeführt. Im Laufe der Periode werden Elektronen nach dem Aufbau-Prinzip addiert. Allerdings wird zuerst das äußerste Orbital des s gefüllt, bevor das Elektron in die (n − 1) d-Unterschale eintritt, mit einigen Ausnahmen. Chrom und Kupfer haben ein halb gefülltes s-Orbital, weil es energetisch günstiger ist, eine halb gefüllte oder volle d-Unterschale zu haben.

Die atomare Größe von Übergangsmetallen nimmt im Laufe einer Periode leicht ab. Wenn die Elektronen in die d-Unterschale eintreten, bleibt die Anzahl der Valenzelektronen im äußersten Orbital konstant, was zu einer insgesamt konstanten Kernladung führt. Nach unten in der Spalte nimmt der Trend von der vierten zur fünften Periode zu, aber nicht darunter.

Die 6. Periode enthält 14 zusätzliche Elemente der Lanthanidenreihe, in der Elektronen in die (n − 2)f-Unterschale eintreten, bevor sie in die (n − 1)d-Unterschale eintreten. Elektronen, die sich in den f-Orbitalen befinden, schirmen die Valenzelektronen im äußersten s-Orbital nicht ausreichend ab, was zu einer erhöhten effektiven Kernladung führt. Dadurch werden die Valenzelektronen stärker angezogen, was zu kleineren Atomradien als erwartet führt. Dies wird als Lanthanidkontraktion bezeichnet.

In ähnlicher Weise wird die Elektronegativität der Übergangselemente durch ihre atomare Größe und Kernladung beeinflusst. Im Laufe einer Periode nimmt sie nur leicht zu. In der Spalte nimmt die Elektronegativität von der vierten zur fünften Periode zu, bleibt aber in der sechsten Periode konstant. Dies wird auf eine Abnahme der Atomgröße und eine Zunahme der Kernladung zurückgeführt.

Die Ionisationsenergie von Übergangsmetallen nimmt im Laufe einer Periode leicht zu. Interessanterweise ist sie in der 6. Periode höher als in der 4. und 5. Periode. Hier werden die Valenzelektronen mit zunehmender Kernladung mit einer vernachlässigbaren Zunahme der Atomgröße fester gehalten.

Schließlich können Übergangsmetalle eine Reihe stabiler Oxidationszustände aufweisen, indem sie die äußersten Orbitalelektronen vor den ungepaarten d-Orbitalelektronen verlieren. Die teilgefüllten d-Orbitale ermöglichen Oxidationsstufen von +7 bis +1, charakteristische Farben und magnetische Eigenschaften.