Stabilität von Fe3+?
Warum gibt es dieses Ion so häufig?Die E Konfiguration wäre doch [Ar] 4s^2 3d^6 bei normalem Eisen. Energetisch günstig wäre doch ein halbvolles oder volles Orbital. Ich hätte gedacht 3d^5 oder 3d^10 wäre am stabilsten. Daher -> Fe+ oder Fe^-4
Warum ist also Fe^3+ stabil?
2 Antworten
Fe^3+ ist ein häufig vorkommendes Ion, weil es trotz der scheinbaren energetischen Vorteile von halbgefüllten oder vollständig gefüllten Orbitalen stabil ist. Dies liegt daran, dass die Stabilität eines Ions nicht nur von der Elektronenkonfiguration abhängt, sondern auch von anderen Faktoren wie der Ionisierungsenergie und der Elektronenaffinität.
Bei Eisen (Fe) führt die Entfernung von drei Elektronen (zwei aus dem 4s-Orbital und eines aus dem 3d-Orbital) zu einer Konfiguration von [Ar] 3d^5, was tatsächlich eine relativ stabile Konfiguration ist, da das 3d-Orbital halb gefüllt ist. Halbgefüllte d-Orbitale sind aufgrund der symmetrischeren Verteilung der Elektronen und der damit verbundenen geringeren elektrostatischen Abstoßung zwischen den Elektronen oft stabil.
Hoffe ich konnte dir damit weiterhelfen.
s und d liegen sehr nah beeinander. Die Besetzung macht da schon einen Unterschied in der energetischen Reihenfolge. Das d Orbital rutscht sozusagen unters s, wenn es besetzt wird.
Die d-Elemente verlieren bei der Ionisierung zuerst die beiden s-Elektronen. Aus dem 4s²3d⁶ des neutralen Eisens wird also 3d⁵ ohne 4s-Elektronen im Fe³⁺.
warum werden aber Elektronen aus einem energetische tieferen Orbital bevorzugt? Also klar ein leeres Orbital und ein halb volles mag günstig erscheinen auf den ersten Blick, aber würde es nur ein elektron abgeben zu Fe+ hätte es ja auch ein halbvvolles 3d orbital und ein volles 4s. Es braucht ja mehr energie Elektronen aus einem unteren Orbital zu entfernen. Hätte daher gedacht dass die 3d^5 bevorzugt wird. Oder gibt es da nochmal eine spezielle Regel die hier angewandt wird?
warum werden aber Elektronen aus einem energetische tieferen Orbital bevorzugt
Das wäre in der Tat komisch. Tatsächlich sind die 4s-Elektronen die am schwächsten gebunden, deshalb gehen die bei der Ionisierung verloren.
Nun wirst Du wahrscheinlich einwenden, daß das mit dem Aufbauprinzip kollidiert. Ja, tut es. Aber das Aufbauprinzip gilt für neutrale Atome, nicht unbedingt für Ionen. In Ionen passiert tendenziell dasselbe wie im H-Atom, in dem bekanntlich die Energie eines Orbitals nur von der Hauptquantenzahl abhängt und in dem daher 3s,3p,3d zueinander entartet sind. In den Kationen kommen sich diese Orbitale also energetisch näher und bilden eine Gruppe unterhalb von 4s.
Der Grund dafür ist die Abstoßung zwischen den Elektronen. Im H-Atom gibt es keine solche (weil nur ein einziges Elektron da ist), daraus folgt die Entartung 3s,3p,3d. In neutralen Atomen ist die Abstoßung sehr stark, daher driften die drei Orbitale weit auseinander, und das 3d landet sogar über dem 4s. Das Aufbauprinzip kommt also nur durch die Elektronenabstoßung zustande.
Ionen liegen da dazwischen. Die Überschußladung des Kerns zwingt die Elektronen näher an die Kerne, und die Elektronenabstoßung kann dagegen nicht viel anstinken. Daher sind 3s,3p,3d zwar nicht entartet, aber liegen näher zusammen, und das 3d liegt tiefer als das 4s.
warum werden aber Elektronen aus einem energetische tieferen Orbital bevorzugt? Also klar ein leeres Orbital und ein halb volles mag günstig erscheinen auf den ersten Blick, aber würde es nur ein elektron abgeben zu Fe+ hätte es ja auch ein halbvvolles 3d orbital und ein volles 4s. Es braucht ja mehr energie Elektronen aus einem unteren Orbital zu entfernen. Hätte daher gedacht dass die 3d^5 bevorzugt wird. Oder gibt es da nochmal eine spezielle Regel die hier angewandt wird?