Gruppe 5: die Vanadiumgruppe

Fünf Elektronen jenseits des Rumpfes

Vanadium ist [Ar] 3d³ 4s² und Tantal [Xe] 4f¹⁴ 5d³ 6s², mit drei d- und zwei s-Elektronen. Niob ordnet sie als [Kr] 4d⁴ 5s¹ um, eines von mehreren Elementen, die die einfache Auffüllreihenfolge durchbrechen, hat aber dennoch fünf Elektronen zur Verfügung. Tantal tritt fast nur als +5 auf, wie in Ta₂O₅, während Niob +5- und +3-Verbindungen bildet.

Vanadium ist das vielseitigste Mitglied, mit den üblichen Oxidationsstufen +2, +3, +4 und +5. Jede hat in Lösung ihre eigene Farbe: gelb für +5, blau für +4, grün für +3 und violett für +2, sodass eine Vanadiumlösung, die Schritt für Schritt reduziert wird, einen kleinen Regenbogen durchläuft.

Trends in der Gruppe nach unten

Schmelzpunkt und Dichte steigen stetig. Vanadium schmilzt bei 2183 K, Niob bei 2750 K und Tantal bei 3290 K, während die Dichte von 6 g/cm³ auf 8,57 g/cm³ und dann auf 16,69 g/cm³ steigt. Die Elektronegativität ändert sich wenig: 1,63, 1,6 und 1,5.

Wie in Gruppe 4 macht die Lanthanoidenreihe das Atom der 6. Periode fast so groß wie das darüber, sodass Niob und Tantal in denselben Erzen zusammen vorkommen und schwer zu trennen sind. Passend dazu ist Tantal nach Tantalos aus der griechischen Mythologie benannt und Niob nach seiner Tochter Niobe.

Wo du Gruppe 5 begegnest

Ein wenig Vanadium macht Stahl zäher, und Vanadiumstahl steckte in Werkzeugen, Federn und im Ford Model T. Große Vanadium-Redox-Flow-Batterien speichern Strom aus Wind- und Solarparks. Niob-Titan-Draht, mit flüssigem Helium gekühlt, wird in den Magneten von MRT-Geräten und Teilchenbeschleunigern zum Supraleiter. Tantal ergibt winzige, zuverlässige Kondensatoren für Handys und Laptops, und weil der Körper es verträgt, wird es auch in Implantaten verwendet.

Dubnium

Dubnium (105), nach der russischen Forschungsstadt Dubna benannt, wurde nur in wenigen Atomen auf einmal hergestellt. Experimente mit einzelnen Atomen deuten darauf hin, dass es sich wie ein schwereres Niob oder Tantal verhält, doch seine Eigenschaften in größeren Mengen wurden nie gemessen.