Übergangsmetalle (Gruppen 3–12)

Ihre Stellung: der d-Block

In diesen Metallen füllen Elektronen eine innere d-Unterschale, während das äußere s-Orbital meist zwei Elektronen enthält, wie bei Eisen ([Ar] 3d⁶ 4s²). Chrom ([Ar] 3d⁵ 4s¹) und Kupfer ([Ar] 3d¹⁰ 4s¹) sind Ausnahmen, weil halb gefüllte und volle d-Unterschalen besonders stabil sind. Bei der Bildung von Ionen geben die Metalle zuerst ihre s-Elektronen ab, daher ist Fe²⁺ [Ar] 3d⁶.

Diese Seite zeigt Lanthan, Lutetium, Actinium und Lawrencium bei den Lanthanoiden und Actinoiden. Zink, Cadmium und Quecksilber behalten in ihren üblichen Verbindungen eine volle d-Unterschale, weshalb manche Chemiker sie ausschließen, aber die meisten Periodensysteme führen sie mit auf.

Typische Eigenschaften

Die meisten Übergangsmetalle sind hart, dicht und glänzend und haben hohe Schmelzpunkte. Wolfram hat mit 3422 °C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle, und Osmium ist mit 22,59 g/cm³ das dichteste jemals gemessene Element, während Quecksilber eine Flüssigkeit ist, die bei −39 °C schmilzt. Weil ihre d-Elektronen an Bindungen beteiligt sein können, haben die meisten mehrere Oxidationsstufen: Eisen bildet Fe²⁺ und Fe³⁺, und Mangan erreicht im Permanganat-Ion MnO₄⁻ die Stufe +7. Ihre Verbindungen sind oft farbig, wie das blaue Kupfer(II)-sulfat, und Eisen, Cobalt und Nickel sind ferromagnetisch.

Trends und typische Reaktionen

Die Trends sind sanfter als in den Hauptgruppen, weil die zusätzlichen Elektronen in eine innere Unterschale gehen und sich die Atomgröße innerhalb einer Periode kaum ändert. Die Lanthanoidenkontraktion macht die Metalle der 6. Periode fast so groß wie die der 5. Periode, weshalb sich Zirconium und Hafnium nur schwer trennen lassen.

Ein reaktionsfreudigeres Metall verdrängt ein weniger reaktives aus der Lösung: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu. Zink reagiert mit verdünnten Säuren (Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂), Kupfer, Silber und Gold dagegen nicht. Viele Übergangsmetalle sind Katalysatoren: Eisen beschleunigt das Haber-Verfahren zur Ammoniakherstellung, und Platin, Palladium und Rhodium reinigen in Katalysatoren die Autoabgase.

Verwendung im Alltag

Eisen, meist als Stahl, ist das am häufigsten verwendete Metall, und Chrom und Nickel machen es rostfrei. Kupfer leitet in Kabeln den Strom, Titan wird in Flugzeugen und Hüftprothesen eingesetzt, Zink schützt Stahl vor Rost, und Gold, Silber und Platin stecken in Schmuck und Elektronik.

Rutherfordium bis Hassium sind radioaktiv und wurden bisher nur in wenigen Atomen auf einmal hergestellt. Meitnerium bis Copernicium (109–112) sind voraussichtlich ebenfalls Übergangsmetalle, doch ihre Eigenschaften sind nicht gemessen, daher führt diese Seite sie als unbekannt auf.