Wertigkeit von Nebenelementen?
Frage in einer Aufgabe: Die Analyse einer Lösung, die nur Zink-, Kalium- und Chlorid-Ionen enthält, ergibt c(Kalium-Ionen)=0,4 mol/L und c(Chlorid-Ionen)= 0,8 mol/L
Wie groß ist die Zink-Ionenkonzentration?
0,2 mol/L, da Zink hier die Wertigkeit von +2 hat. Positive (Zink- und Kalium-Ionen) und negative (Chlorid-Ionen) Ladung müssen sich hier ausgleichen und daher die Zink-Konzentration.
Nun ist für mich sehr interessant, wie man ohne Angabe die Wertigkeit eines Elements einer Nebengruppe bestimmen kann bzw. wie man das wissen kann. Kupfer als Beispiel, ist in der ersten Nebengruppe und hat die Wertigkeit +1 und öfter +2, Silber +1 sowie Eisen +2 oder +3. Von der Zahl der Nebengruppe kann man dies bei den Nebengruppenelementen ja nicht bestimmen, auch die Elektronenaufnahme- und Abgabe geschieht im Vergleich zu den Elementen der Hauptgruppen nicht in der äußersten Schale.
5 Antworten
Für die Übergangsmetalle/Nebengruppenelemente gibt es pauschal keine "einfache" Erklärung wie für die Hauptgruppen. Zink in Deinem Fall ist allerdings eine Ausnahme, da es sich wie ein Hauptgruppenelement mit Wertigkeit +2 verhält. Ebenfalls die anderen Elemente der Zinkgruppe (Cadmium und Quecksilber) haben primär die Wertigkeit +2.
Bei anderen Elementen der Nebengruppen kann man die Wertigkeiten ebenfalls über die Elektronenkonfigurationen und deren Stabilitäten zumindest teilweise nachvollziehen. Allerdings gibt es hier zahlreiche Ausnahmen und die Thematik führt ziemlich tief in die physikalische Chemie & Festkörperphysik, sodass man sich die häufigsten Wertigkeiten merken muss.
In der Praxis kann man über die Farbe der Lösung bzw. Verbindung auch auch auf die Wertigkeit der Ionen schließen (Bsp. Ni 2+: grün), bei Chrom gibt es für die zahlreichen Wertigkeiten viele verschiedene Farben, daher z.B. auch der Name des Elements.
Als Faustregel gilt, daß die Übergangsmetalle, wenn sie als Kationen in Salzen vorkommen, meist die Oxiationsstufe +II haben, aber das gilt vor allem bei den leichten, und keinesfalls in der Münzmetallgruppe (Kupfer ist meist zweiwertig, Silber einwertig, und Gold am liebsten dreiwertig).
Aber auch darauf kann man sich nicht verlassen; die frühen Vertreter kommen oft in hohen Oxidationsstufen vor (Ti⁺ᴵⱽ, V⁺ⱽ, Cr⁺ⱽᴵ), und Cr³⁺ ist viel stabiler als Cr²⁺ (beim Fe hält es sich ungefähr die Waage). Bei den schwereren Übergangsmetallen gelten sowieso andere Regeln, die bevorzugen generell Oxidationszahlen von IV aufwärts, und dann gibt es noch so komische Verbindungsklassen wie Carbonyle, in denen generell Oxidationszahlen rund um Null (auch negativ) auftreten.
Jedes der Übergangselemente (vielleicht mit Ausnahme von Scandium, Hafnium, Tantal und ähnlichen Langweilern) hat seine charakteristischen Eigenschaften, die man mühsam erlernen muß und die sich recht chaotisch aus allgemeinen Trends und überraschenden Ausnahmen dazu zusammensetzen.
Zink ist eine Ausnahme, da es sch praktisch schon wie ein Hauptgruppenelement verhält und ausschließlich zweiwertig auftritt. Dasselbe gilt für Cadmium, während von Quecksilber inzwischen ein Verbindung mit Hg(IV) erzeugt wurde. Muss man sich ebenso merken wie die häufigen Oxidationszahlen anderer Übergangsmetalle.
Im Übrigen wird das 4s-Orbital zwar bei K und Ca als erstes gefüllt, bei der Ionenbildung wird es aber stets als erstes geleert. Die Ionen der Übergangsmetalle der 4. Periode haben mehr oder weniger 3d-Elektronen. Zink(II) 10 davon, womit die 3d-Unterschale voll ist, und weshalb ein Zink(II)ion farblos ist.
Man kann es nicht so ganz genau sagen, es ist einfach nur Lernerei. Fürs erste muss man die "bunten Hunde" und Ausreißer kennen. Mangan und Chrom bilden viele verschiedene OS, Osmium bis zu +VIII. Die meisten anderen Metalle nicht mehr als +V oder +VI, obwohl sie theoretisch auch höhere OS bilden könnten, die sind dann aber instabil. Die gediegenen Edelmetalle sind meistens genauso unwichtig wie die sehr seltenen Metalle (Rhenium, Niob usw.). Bei den Lanthanoiden fast immer +II oder +III, bei Uran und Nachbarn auch schon mal +VI.
Ausnahme sind die Carbonylverbindungen mit Cr(CO)6, Mn2(CO)10, Fe(CO)5, Co2(CO)8 usw. Die sind vorhersagbar. In Komplexverbindungen sind sogar Metalle bis -IV stabil.
Selbst ich muss die meisten Nebengruppenmetalle nachschlagen!
Scroll mal runter, die Frage gab es schon häufiger.