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Serien des Periodensystems

• [www.trauner.at/service/DownloadsCh/perioden.pdf PSE kurz erklärt]

Serie des Periodensystems

Eine Serie im Periodensystem ist eine Gruppe von Elementen, deren physikalische und chemische Eigenschaften sich innerhalb der Serie, bis auf wenige Ausnahmen, kontinuierlich ändern.
Zum Beispiel: der Siedepunkt nimmt zu, die Stabilität der Sauerstoffverbindung nimmt ab.

Die Entdeckung dieser Element-Serien war der erste Schritt, der zu der Entwicklung des Periodensystems führte.

Einige Serien entsprechen exakt einer Gruppe des Periodensystems.

Gruppe des Periodensystems

Gruppe des Periodensystems

Unter einer Gruppe des Periodensystems versteht man in der Chemie jede Spalte des Periodensystems. Alle Elemente einer Gruppe besitzen die gleiche Anzahl an Valenzelektronen und haben daher ähnliche chemische Eigenschaften. Es gibt insgesamt 18 Gruppen, wovon acht (Gruppen 1, 2 und 13–18) Hauptgruppen und zehn (Gruppen 3–12) Nebengruppen genannt werden. In den Nebengruppen befinden sich die Übergangsmetalle. Von oben nach unten steigt die Atommasse der Elemente. Die Elektronegativität nimmt ab, der metallische Charakter nimmt zu. Mehrere Gruppen werden zu Blöcken zusammengefasst. Gruppen mit besonders ähnlichen Eigenschaften werden auch als Elementfamilien bezeichnet. Dies betrifft hauptsächlich die Alkali- und Erdalkalimetalle sowie die Halogene.

@@ Namen der Gruppen :@@

CAS-Gruppenbezeichnung

Vom Chemical Abstracts Service (CAS) bis zum Jahr 1986 angewandte Benennung, die sich auf das Kurzperiodensystem bezieht. Die CAS-Gruppenbezeichnung ist in Europa heute noch weit verbreitet.

Der Buchstabe A steht hier für Hauptgruppenelemente und B für Nebengruppenelemente.

Gruppenname

Da die Elemente einer Gruppe ähnliche chemische Eigenschaften vorweisen, haben einige Gruppen spezielle Namen. Die bekanntesten Gruppen stehen in der 1. und 2. Spalte: Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. In der 7. und 8. Spalte sind die Halogene und Edelgase zu finden.

IUPAC-Konvention (alt)

In dieser Spalte ist die alte IUPAC-Nummer (International Union of Pure and Applied Chemistry), die sich auf das sogenannte Langperiodensystem bezieht, angegeben. Das alte IUPAC-System war in Amerika verbreitet; A stand für die linke und B für die rechte Seite des Periodensystems.

IUPAC-Konvention (aktuell)

Die Nummerierung der Gruppen mit arabischen Ziffern (1 bis 18) folgt der gültigen IUPAC-Konvention und sollte die Verwendung der alten IUPAC-Konvention und der CAS-Konvention ablösen.

Vergleichstabelle

Die Gruppen des Periodensystems

IUPAC-Konvention	Gruppenname	Hauptgruppe/Nebengruppe	IUPAC-Konvention (alt)	CAS
Gruppe 1	Alkalimetalle	1. Hauptgruppe	IA	IA
Gruppe 2	Erdalkalimetalle	2. Hauptgruppe	IIA	IIA
Gruppe 3	Scandiumgruppe	3. Nebengruppe	IIIA	IIIB
Gruppe 4	Titangruppe	4. Nebengruppe	IVA	IVB
Gruppe 5	Vanadiumgruppe	5. Nebengruppe	VA	VB
Gruppe 6	Chromgruppe	6. Nebengruppe	VIA	VIB
Gruppe 7	Mangangruppe	7. Nebengruppe	VIIA	VIIB
Gruppe 8	Eisengruppe	8. Nebengruppe	VIIIA	VIIIB
Gruppe 9	Kobaltgruppe	8. Nebengruppe	VIIIA	VIIIB
Gruppe 10	Nickelgruppe	8. Nebengruppe	VIIIA	VIIIB
Gruppe 11	Kupfergruppe	1. Nebengruppe	IB	IB
Gruppe 12	Zinkgruppe	2. Nebengruppe	IIB	IIB
Gruppe 13	Borgruppe / Erdmetalle	3. Hauptgruppe	IIIB	IIIA
Gruppe 14	Kohlenstoff-Silicium-Gruppe	4. Hauptgruppe	IVB	IVA
Gruppe 15	Stickstoff-Phosphor-Gruppe	5. Hauptgruppe	VB	VA
Gruppe 16	Chalkogene / Sauerstoffgruppe	6. Hauptgruppe	VIB	VIA
Gruppe 17	Halogene / Fluorgruppe	7. Hauptgruppe	VIIB	VIIA
Gruppe 18	Edelgase / Heliumgruppe	8. Hauptgruppe	VIIIB	VIIIA

Weiterhin werden wegen ihrer ähnlichen chemischen Eigenschaften oft auch die Lanthanoide, und die Actinoide als Gruppe betrachtet. Bei diesen wird sukzessive das f-Orbital gefüllt.

Die noch nicht gefundenen Elemente mit der Ordnungszahl 122 bis 153 bilden eine Gruppe die nach Glenn Seaborg Superactinoide genannt wird. Bei ihnen werden die 5g- und 6f-Orbitale aufgefüllt. Alle diese Elemente sind wahrscheinlich instabil und radioaktiv.

@@ Siehe auch :@@

• Atom
• Atommodell
• Block des Periodensystems
• Ion
• Periode des Periodensystems

Hauptgruppe

Hauptgruppe

In der Chemie bezeichnet man als Hauptgruppen diejenigen Gruppen des Periodensystems, die zum s- und p-Block des Periodensystems gehören.

Die acht Hauptgruppen des Periodensystems

IUPAC-Gruppe	Hauptgruppe	Inhalt
1	I	Alkalimetalle
2	II	Erdalkalimetalle
13	III	Erdmetalle
14	IV	Kohlenstoff-Silicium-Gruppe
15	V	Stickstoff-Phosphor-Gruppe
16	VI	Chalkogene
17	VII	Halogene
18	VIII	Edelgase

Die Einordnung der chemischen Elemente im Periodensystem wurde so vorgenommen, dass Elemente mit ähnlichen Eigenschaften jeweils in einer Gruppe untereinander stehen, d. h. die Spalten im Periodensystem enthalten Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften. Die Übereinstimmung ist dabei bei den Hauptgruppen am größten. Das Periodensystem der Elemente besteht aus acht Hauptgruppen. Die Hauptgruppe gibt an, wie viele Elektronen sich in der Außenhülle eines Atoms befinden.

Besonders deutlich ist die Übereinstimmung der Eigenschaften bei den Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, den Halogenen und den Edelgasen:

Die Elemente der Alkalimetalle sind Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium. Wasserstoff befindet sich zwar in der gleichen Hauptgruppe, kann aber aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften nicht zu den Alkalimetallen gezählt werden. Die einzelnen Elemente kommen in der Natur nur in Verbindungen vor. Die Alkalimetalle haben eine geringe Schmelztemperatur, reagieren schnell und heftig mit Wasser und Sauerstoff, haben niedrige Dichten, sind allesamt brennbare Leichtmetalle und zeigen charakteristische Flammenfärbungen.

Die Erdalkalimetalle zeigen ein ähnliches Verhalten wie die Alkalimetalle, sind aber in allen Eigenschaften abgeschwächt. Zu dieser Gruppe gehören Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Im Unterschied zu den Alkalimetallen bilden sie jedoch (mit Ausnahme von Beryllium und Magnesium) schwerlösliche Carbonate und Sulfate.

Die Elemente der Halogene, die auch Salzbildner genannt werden, sind Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat. Auch diese Elemente kommen in der Natur nur in Verbindungen vor und reagieren heftig mit Wasserstoffgas (zu Säuren), Metallen (zu Salzen) und sind zudem farbig und gesundheitsschädlich bis giftig. Da Fluor und Chlor recht schnell und aggressiv an der Luft reagieren sollte man bei Versuchen mit ihnen vorsichtig sein.

Die Elemente der Edelgase sind Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Sie kommen in der Natur nur elementar vor. Die Edelgase sind geruchlos, farblos und gasförmig. Sie sind in der Luft nur in geringer Menge vorhanden und reagieren so gut wie nicht mit anderen Stoffen; eine Eigenschaft, die sie mit den Edelmetallen gemeinsam haben. Deshalb nennt man sie Edelgase.

Die Tatsache, dass die Elemente der Hauptgruppen ähnliche Eigenschaften haben, hängt mit dem Aufbau der Atome zusammen. Die Hauptgruppenelemente versuchen durch Reaktionen mit anderen Stoffen eine Edelgaskonfiguration der Elektronenhülle zu erreichen. Elemente in derselben Hauptgruppe müssen gleich viele Elektronen abgeben oder aufnehmen, um dies zu erreichen; daher resultieren die gleichen Eigenschaften.

@@ Weblinks :@@

Wikibooks: Anorganische Chemie für Schüler/ Hauptgruppen des PSE – Lern- und Lehrmaterialien

Periode des Periodensystems

Periode des Periodensystems

Das Periodensystem der Elemente ist in Perioden und Gruppen gegliedert. Eine Zeile des Periodensystems der Elemente entspricht einer Periode. Die Periodennummern (1 bis 7) entsprechen der Hauptquantenzahl. Die oft noch angegebenen Buchstaben (K bis Q) entsprechen Benennungen von Schalen des Schalenmodells der Atomhülle.

Bis auf die erste Periode, die nur die Elemente Wasserstoff und Helium enthält, umfasst jede Periode acht Hauptgruppenelemente. Ab der 4. Periode (einschließlich) kommen jeweils zehn Nebengruppenelemente hinzu. Die 6. Periode enthält zusätzlich 14 als Lanthanoide (auch seltene Erden genannt) benannte Elemente, die 7. Periode 14 Actinoide.

@@ Regeln und Gesetzmäßigkeiten :@@

Die Atomradien nehmen in der Regel ab, die Elektronegativität nimmt zu. Die Ursachen hierfür finden sich im Atombau, der sich wie folgt verändert: Innerhalb einer Periode steigt die am Elementsymbol links unten stehende Ordnungszahl von links nach rechts jeweils um den Betrag eins an. Im Zahlenwert identisch steigt die Anzahl der positiv geladenen Protonen im Atomkern und damit in einem neutralen Atom ebenso die Anzahl der negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle. Bei Verwendung des Schalenmodells (Buchstaben K bis Q) werden dabei die Elektronenschalen aufgefüllt. Bei Verwendung eines neuereren Atommodells wie z. B. dem Orbitalmodell erfolgt die Besetzung entsprechender Atomorbitale.

Die Änderung der Anzahl der Atombausteine verursacht die unterschiedlichen Eigenschaften der chemischen Elemente innerhalb einer Periode. Die Veränderungen der Bausteinanzahlen im Atomkern beeinflussen v. a. die physikalischen Eigenschaften. Die Anzahl und der Aufenthaltsort der Elektronen (Elektronenkonfiguration) in der Atomhülle bewirkt v. a. die unterschiedlichen chemischen Eigenschaften.

@@ Siehe auch :@@

• Block des Periodensystems
• Ion

Block des Periodensystems

Block des Periodensystems

Als Block im Periodensystem werden chemische Elemente nach den energiereichsten Orbitalen ihrer Elektronenhülle zusammengefasst. Ein Block fasst mehrere Gruppen des Periodensystems zusammen.

s-, p-, d- und f-Block des Periodensystems

Man unterscheidet folgende Blöcke:

• s-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem s-Orbital hinzu. Zu diesem Block gehören Wasserstoff, Helium sowie die Elemente der 1. und 2. Hauptgruppe (Alkalimetalle und Erdalkalimetalle).
• p-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem p-Orbital hinzu. Zu diesem Block gehören alle anderen Hauptgruppenelemente, also die Erdmetalle, Kohlenstoffgruppe, Stickstoffgruppe, Chalkogene, Halogene und Edelgase.
• d-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem d-Orbital hinzu. Diese Elektronen befinden sich nicht in der äußersten Schale, sondern eine Schale darunter. Da diese Elemente jeweils nur ein oder (meist) zwei Außenelektronen besitzen, zeigen sie ein ähnliches chemisches Verhalten. Zu diesem Block gehören alle Nebengruppenelemente.
• f-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem f-Orbital hinzu. Auch diese Elektronen befinden sich nicht in der äußersten Schale, sondern in der drittäußersten. Die chemische Ähnlichkeit in diesem Block ist daher noch stärker ausgeprägt als im d-Block. Zum f-Block gehören die Lanthanoide und Actinoide.

@@ Siehe auch :@@

• Atom
• Atommodell
• Ion
• Gruppe des Periodensystems
• Periode des Periodensystems

Systematische Elementnamen

Systematische Elementnamen

Chemische Elemente erhalten erst dann einen bleibenden Namen, wenn ihre Entdeckung bestätigt ist. Weil es über die Bestätigung in der Vergangenheit Kontroversen gab (siehe Elementnamensgebungskontroverse) hat die IUPAC ein Schema für provisorische Elementnamen herausgegeben.

@@ Die IUPAC-Regeln :@@

Diese provisorischen Namen leiten sich systematisch von der Kernladungszahl (Ordnungszahl) ab. Jede Ziffer wird in ein Wurzelwort übersetzt (siehe Tabelle). Die Wurzelwörter werden in der Reihenfolge der Ziffern aneinandergereiht. Wenn dabei die Silben 'enn' und 'nil' aufeinander folgen, wird nnn zu nn vereinfacht. Am Ende wird die Silbe „-ium“ angefügt (bzw. „-um“, falls das letzte Wurzelwort auf i endet).

Ziffer	Wurzel	Symbol
0	nil	n
1	un	u
2	bi	b
3	tri	t
4	quad	q
5	pent	p
6	hex	h
7	sept	s
8	oct	o
9	enn	e

Die Wurzelwörter stammen von den lateinischen und griechischen Zahlwörtern ab und wurden so ausgewählt, dass jedes mit einem anderen Buchstaben beginnt.

Die provisorischen Symbole bestehen aus den Anfangsbuchstaben der Wurzelwörter.

Die Elemente bis einschließlich 112 haben endgültige Namen. Provisorische Namen gelten daher ab Element 113. Die bereits entdeckten Elemente 113 bis 118 warten derzeit auf ihre endgültigen Namen.

@@ Beispiele :@@

Benennung hypothetischer beziehungsweise noch nicht endgültig benannter Elemente:

Element 119:   Element 123: Element 208: Element 457: Element 986:

un + un + enn + ium =   un + bi + tr(i) + ium =   bi + nil + oct + ium =   quad + pent + sept + ium =   enn + oct + hex + ium =

Ununennium (Uue)   Unbitrium (Ubt)   Biniloctium (Bno)   Quadpentseptium (Qps)   Ennocthexium (Eoh)

@@ Eka- und Dwi- :@@

Für Namen von noch nicht entdeckten Elementen wurden zuvor den im Periodensystem einen beziehungsweise zwei Plätze darüber stehenden Elementen die Silben Eka oder Dwi vorangestellt. So wurde Technetium als Eka-Mangan und Rhenium als Dwi-Mangan bezeichnet. Der Nachteil des Eka-Dwi-Systems ist, dass Elemente, die in der ersten Reihe vom g-Block stehen, damit nicht bezeichnet werden können, weil kein Element „darüber“ steht (Ordnungszahlen 123 bis 140).

@@ Mögliche Anzahl von Elementen :@@

Es ist unbekannt, bis zu welcher Ordnungszahl Elemente existieren können. Die Geschwindigkeitsobergrenze der Elektronen erlaubt theoretisch die Existenz neutraler Atome bis zu einer Ordnungszahl von ungefähr 173. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass diese Grenze niedriger liegt, womöglich kurz hinter der Insel der Stabilität bei etwa Z = 126. Daher ist es nicht sinnvoll, Namen für theoretisch unmögliche Elemente wie Ennocthexium zu bilden.

Eka

Eka (Chemie)

Die Vorsilbe Eka- (von sanskr. eka „eins“) wurde zur Bezeichnung noch nicht entdeckter chemischer Elemente im Periodensystem verwendet.

Ein Element bekam dann den Namen eines bereits bekannten Elements zusammen mit der Vorsilbe Eka, wenn es eine Periode unterhalb dessen stand. Der russische Chemiker Dmitri Mendelejew sagte 1871 die Existenz von drei Elementen voraus, weil diese entsprechende Lücken in seinem Periodensystem ausfüllen würden. Aus diesem Grunde „erfand“ er die Vorsilbe Eka und nannte diese Elemente Ekasilizium, Ekaaluminium und Ekabor nach dem ihnen am nächsten stehenden bekannten Element.

• Ekaaluminium 1875 von Paul Emile Lecoq de Boisbaudran entdeckt und nach seinem Heimatland Frankreich (lat. gallia) Gallium genannt.
• Ekabor 1879 von Lars Fredrik Nilson entdeckt und nach seiner Heimat Skandinavien Scandium genannt.
• Ekasilizium 1886 von Clemens Winkler entdeckt und nach seinem Heimatland Deutschland (lat. germania) Germanium genannt.

Heute werden anstelle der Vorsilben Eka und Dwi systematische Elementnamen nach der Kernladungszahl für noch nicht benannte Elemente verwendet.

Dwi

Dwi

Die Vorsilbe Dwi (von sanskr. dwi „zwei“) wurde zur Bezeichnung noch nicht entdeckter chemischer Elemente im Periodensystem verwendet.

Ein Element bekam dann den Namen eines bereits bekannten Elements zusammen mit der Vorsilbe Dwi, wenn es zwei Perioden unterhalb dessen stand und das dazwischenliegende Element (mit der Vorsilbe Eka) ebenfalls noch nicht benannt war. So hieß beispielsweise Rhenium bis zu seiner Entdeckung Dwi-Mangan.

Heute werden anstelle der Vorsilben Eka und Dwi systematische Elementnamen nach der Kernladungszahl für noch nicht benannte Elemente verwendet.

Gruppe des Periodensystems

Gruppe des Periodensystems

Unter einer Gruppe des Periodensystems versteht man in der Chemie jede Spalte des Periodensystems. Alle Elemente einer Gruppe besitzen die gleiche Anzahl an Valenzelektronen und haben daher ähnliche chemische Eigenschaften. Es gibt insgesamt 18 Gruppen, wovon acht (Gruppen 1, 2 und 13–18) Hauptgruppen und zehn (Gruppen 3–12) Nebengruppen genannt werden. In den Nebengruppen befinden sich die Übergangsmetalle. Von oben nach unten steigt die Atommasse der Elemente. Die Elektronegativität nimmt ab, der metallische Charakter nimmt zu. Mehrere Gruppen werden zu Blöcken zusammengefasst. Gruppen mit besonders ähnlichen Eigenschaften werden auch als Elementfamilien bezeichnet. Dies betrifft hauptsächlich die Alkali- und Erdalkalimetalle sowie die Halogene.

@@ Namen der Gruppen :@@

@@ CAS-Gruppenbezeichnung :@@

Vom Chemical Abstracts Service (CAS) bis zum Jahr 1986 angewandte Benennung, die sich auf das Kurzperiodensystem bezieht. Die CAS-Gruppenbezeichnung ist in Europa heute noch weit verbreitet.

Der Buchstabe A steht hier für Hauptgruppenelemente und B für Nebengruppenelemente.

@@ Gruppenname :@@

Da die Elemente einer Gruppe ähnliche chemische Eigenschaften vorweisen, haben einige Gruppen spezielle Namen. Die bekanntesten Gruppen stehen in der 1. und 2. Spalte: Alkalimetalle und Erdalkalimetalle. In der 7. und 8. Spalte sind die Halogene und Edelgase zu finden.

@@ IUPAC-Konvention (alt) :@@

In dieser Spalte ist die alte IUPAC-Nummer (International Union of Pure and Applied Chemistry), die sich auf das sogenannte Langperiodensystem bezieht, angegeben. Das alte IUPAC-System war in Amerika verbreitet; A stand für die linke und B für die rechte Seite des Periodensystems.

@@ IUPAC-Konvention (aktuell) :@@

Die Nummerierung der Gruppen mit arabischen Ziffern (1 bis 18) folgt der gültigen IUPAC-Konvention und sollte die Verwendung der alten IUPAC-Konvention und der CAS-Konvention ablösen.

@@ Vergleichstabelle :@@

Die Gruppen des Periodensystems

IUPAC-Konvention	Gruppenname	Hauptgruppe/Nebengruppe	IUPAC-Konvention (alt)	CAS
Gruppe 1	Alkalimetalle	1. Hauptgruppe	IA	IA
Gruppe 2	Erdalkalimetalle	2. Hauptgruppe	IIA	IIA
Gruppe 3	Scandiumgruppe	3. Nebengruppe	IIIA	IIIB
Gruppe 4	Titangruppe	4. Nebengruppe	IVA	IVB
Gruppe 5	Vanadiumgruppe	5. Nebengruppe	VA	VB
Gruppe 6	Chromgruppe	6. Nebengruppe	VIA	VIB
Gruppe 7	Mangangruppe	7. Nebengruppe	VIIA	VIIB
Gruppe 8	Eisengruppe	8. Nebengruppe	VIIIA	VIIIB
Gruppe 9	Kobaltgruppe	8. Nebengruppe	VIIIA	VIIIB
Gruppe 10	Nickelgruppe	8. Nebengruppe	VIIIA	VIIIB
Gruppe 11	Kupfergruppe	1. Nebengruppe	IB	IB
Gruppe 12	Zinkgruppe	2. Nebengruppe	IIB	IIB
Gruppe 13	Borgruppe / Erdmetalle	3. Hauptgruppe	IIIB	IIIA
Gruppe 14	Kohlenstoff-Silicium-Gruppe	4. Hauptgruppe	IVB	IVA
Gruppe 15	Stickstoff-Phosphor-Gruppe	5. Hauptgruppe	VB	VA
Gruppe 16	Chalkogene / Sauerstoffgruppe	6. Hauptgruppe	VIB	VIA
Gruppe 17	Halogene / Fluorgruppe	7. Hauptgruppe	VIIB	VIIA
Gruppe 18	Edelgase / Heliumgruppe	8. Hauptgruppe	VIIIB	VIIIA

Weiterhin werden wegen ihrer ähnlichen chemischen Eigenschaften oft auch die Lanthanoide, und die Actinoide als Gruppe betrachtet. Bei diesen wird sukzessive das f-Orbital gefüllt.

Die noch nicht gefundenen Elemente mit der Ordnungszahl 122 bis 153 bilden eine Gruppe die nach Glenn Seaborg Superactinoide genannt wird. Bei ihnen werden die 5g- und 6f-Orbitale aufgefüllt. Alle diese Elemente sind wahrscheinlich instabil und radioaktiv.

@@ Siehe auch :@@

• Atom
• Atommodell
• Block des Periodensystems
• Ion
• Periode des Periodensystems

FRAGE: Nenne die Hauptgruppenelemente

Wasserstoff, Edelgase, Halogene, Stickstoff, Kohlenstoff, Bor, Erdalkalimetalle, Alkalimetalle

FRAGE: Nenne die Elemente der 1. Hauptgruppe

Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium, Francium

FRAGE: Nenne die Elemente der 2. Hauptgruppe

Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Radium

FRAGE: Nenne die Elemente der 3. Hauptgruppe

Bor, Aluminium, Gallium , Indium und Thallium, das künstlich hergestellte Nihonium - auch „Eka-Thallium“ genannt,

FRAGE: Nenne die Elemente der 4. Hauptgruppe

Kohlenstoff, Silicium , Germanium , Zinn und Blei, Flerovium oder „Eka-Blei“

FRAGE: Nenne die Elemente der 5. Hauptgruppe

Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut. Das äußerst instabile, in der Natur nicht vorkommende Moscovium

FRAGE: Nenne die Elemente der 6. Hauptgruppe

Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Polonium, sowie das künstlich hergestellte Livermorium. (Eselsbrücke: "6. Hauptgruppe: Opa Schaut Selber Teure Pornos!" - "O-S-S-T-P")

FRAGE: Nenne die Elemente der 7. Hauptgruppe

Fluor, Chlor, Brom, Iod, dem äußerst seltenen Astat und dem 2010 erstmals künstlich erzeugten, sehr instabilen Tenness

FRAGE: Nenne die Elemente der 8. Hauptgruppe

Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon, sowie das künstlich erzeugte Oganesson

FRAGE: Nenne die Elemente der 1. Periode

Periode-1-Element

Ein Element der 1. Periode (Periode-1-Element) steht in der 1. Zeile des Periodensystems. Es handelt sich durch das Auffüllen der 1s-Schale um 2 Elemente.

Chemische Elemente der 1. Periode

Gruppe	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	I	II											III	IV	V	VI	VII	VIII
Symbol	1 H																	2 He

Alkalimetalle	Erdalkalimetalle	Lanthanoide	Actinoide	Übergangsmetalle
sonstige Metalle	Halbmetalle	Nichtmetalle	Halogene	Edelgase

Perioden des Periodensystems

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

FRAGE: Nenne die Elemente der 2. Periode

Lithium, Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Neon

(Eselsbrücke: 2.Periode : LIebe (Lithium) BErta (Beryllium), Bitte (Bor) Comm (Kohlenstoff) Nicht (Stickstoff) Ohne (Sauerstoff) Frische (Fluor) NElken (Neon).... )

Li, Be, B, C, N, O, F, Ne

Periode-2-Element

Ein Element der 2. Periode (Periode-2-Element) steht in der 2. Zeile des Periodensystems (in der Darstellung als Langperiodensystem). Es handelt sich um 8 Elemente durch das Auffüllen der 2s-Schale (zwei Elemente) und der 2p-Schale (sechs Elemente).

Chemische Elemente der 2. Periode

Gruppe	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	I	II											III	IV	V	VI	VII	VIII
Symbol	3 Li	4 Be											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne

Alkalimetalle	Erdalkalimetalle	Lanthanoide	Actinoide	Übergangsmetalle
sonstige Metalle	Halbmetalle	Nichtmetalle	Halogene	Edelgase

Perioden des Periodensystems

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

FRAGE: Nenne die Elemente der 3. Periode

Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar

Periode-3-Element

Ein Element der 3. Periode (Periode-3-Element) steht in der 3. Zeile des Periodensystems (in der Darstellung als Langperiodensystem). Es handelt sich um 8 Elemente durch das Auffüllen der 3s-Schale (zwei Elemente) und der 3p-Schale (sechs Elemente).

Chemische Elemente der 3. Periode

Gruppe	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	I	II											III	IV	V	VI	VII	VIII
Symbol	11 Na	12 Mg											13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar

Alkalimetalle	Erdalkalimetalle	Lanthanoide	Actinoide	Übergangsmetalle
sonstige Metalle	Halbmetalle	Nichtmetalle	Halogene	Edelgase

Perioden des Periodensystems

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

FRAGE: Nenne die Elemente der 4. Periode

Periode-4-Element

K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Kr

Ein Element der 4. Periode (Periode-4-Element) steht in der 4. Zeile des Periodensystems (in der Darstellung als Langperiodensystem).

Chemische Elemente der 4. Periode

Gruppe

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Symbol

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

Alkalimetalle	Erdalkalimetalle	Lanthanoide	Actinoide	Übergangsmetalle
sonstige Metalle	Halbmetalle	Nichtmetalle	Halogene	Edelgase

Perioden des Periodensystems

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

Periode-5-Element

Periode-5-Element

Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Xe

Ein Element der 5. Periode (Periode-5-Element) steht in der 5. Zeile des Periodensystems (in der Darstellung als Langperiodensystem).

Chemische Elemente der 5. Periode

Gruppe

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

# Symbol

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

Alkalimetalle	Erdalkalimetalle	Lanthanoide	Actinoide	Übergangsmetalle
sonstige Metalle	Halbmetalle	Nichtmetalle	Halogene	Edelgase

Perioden des Periodensystems

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

Periode-6-Element

Periode-6-Element

Ein Element der 6. Periode (Periode-6-Element) steht in der 6. Zeile des Periodensystems (in der Darstellung als Langperiodensystem). Die Lanthanoide gehören dazu.

Chemische Elemente der 6. Periode

Gruppe

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

# Symbol

55 Cs

56 Ba

57-71

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

Lanthanoide

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

Alkalimetalle	Erdalkalimetalle	Lanthanoide	Actinoide	Übergangsmetalle
sonstige Metalle	Halbmetalle	Nichtmetalle	Halogene	Edelgase

Perioden des Periodensystems

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8

FRAGE: Nenne die Elemente der Eisen-Platin-Gruppe

Eisen-Platin-Gruppe

Eisen, Cobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium.

Gruppe	8	9	10
Periode
4	26 Fe	27 Co	28 Ni
5	44 Ru	45 Rh	46 Pd
6	76 Os	77 Ir	78 Pt
7	108 Hs	109 Mt	110 Ds

Als Eisen-Platin-Gruppe des Periodensystems werden die Elemente der 8., 9. und 10. Gruppe zusammenfassend bezeichnet. Sie umfasst also die Eisen-, Cobalt- und Nickelgruppe (letztere auch Platingruppe genannt).

Die Gruppe enthält ausschließlich Schwermetalle und die Elemente Eisen, Cobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium.

Die Edelmetalle Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin werden als Platinmetalle zusammengefasst.

Hassium, Meitnerium und Darmstadtium sind Transurane, die nur künstlich hergestellt werden können und sehr schnell wieder zerfallen.

FRAGE: Nenne die Elemente der Nickelgruppe

Nickelgruppe

Nickel, Palladium, Platin und Darmstadtium

◄   Nickelgruppe   ►

Lage im Periodensystem

Gruppe	10
Periode
4	28 Ni
5	46 Pd
6	78 Pt
7	110 Ds

Die Nickelgruppe, manchmal auch Platingruppe genannt, ist die 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente mit den Elementen Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt) und dem erstmals 1994 hergestellten Darmstadtium (Ds). Die Bezeichnung wird selten verwendet, da die Gruppe meist mit der 8. und 9. Gruppe zur Eisen-Platin-Gruppe zusammengefasst wird.

Nicht damit verwechseln darf man die Elemente der Gruppen 8 bis 10 der 5. und 6. Periode, die als Platinmetalle bezeichnet werden (Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt).

FRAGE: Nenne die Elemente der Lanthanoide

Lanthanoide

Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium

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Lage im Periodensystem

Lanthanoide [lantanoˈiːdə] („Lanthanähnliche“; griech.: Endung -ειδἠς (-eides) „ähnlich“) ist eine Gruppenbezeichnung ähnlicher Elemente. Zugerechnet werden ihr das Lanthan und die 14 im Periodensystem auf das Lanthan folgenden Elemente Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium. Im Sinne des Begriffs gehört Lanthan nicht zu den Lanthanähnlichen. Hier folgt die Nomenklatur der IUPAC aber dem praktischen Gebrauch. Die Verwendung der alten Bezeichnung Lanthanide ist weiterhin erlaubt. Alle Lanthanoide sind Metalle und werden auch als Elemente der Lanthanreihe bezeichnet. Sie sind ein Teil der Gruppe der Metalle der Seltenen Erden.

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

Alle stabilen Lanthanoide auf einen Blick

Eigenschaften

Die Lanthanoide sind silbrig-glänzende, relativ weiche und reaktionsfähige Metalle. An der Luft oxidieren sie schnell und werden matt. Mit Wasser reagieren sie mehr oder weniger schnell unter Bildung von Wasserstoff.

Sie werden auch als Metalle der seltenen Erden bezeichnet. Dieser Name ist aber insofern verwirrend, weil die Elemente dieser Gruppe mit Ausnahme des instabilen Promethiums keineswegs so selten sind, wie es suggeriert wird. So ist beispielsweise Cer in der Natur häufiger als die Elemente Arsen oder Blei. Am Aufbau der Erdkruste sind sie zu einem Massenanteil von 0,02 % beteiligt. Es handelt sich um insgesamt 14 Elemente der 6. Periode, die als Untergruppe der 3. Nebengruppe aufgefasst werden können.

Aufgrund der ähnlichen Struktur der Valenzschale verhalten sich die Lanthanoide chemisch wie die Elemente der 3. Gruppe des Periodensystems Scandium und Yttrium und bilden mit diesen zusammen die Gruppe der Seltenen Erden.

Die Lanthanoide gehören wie die Actinoide zu den inneren Übergangselementen oder f-Block-Elementen, da in diesen Reihen die f-Orbitale nicht vollständig mit Elektronen gefüllt sind.

Beginnend bei Cer wird das 4f-Orbital nach und nach aufgefüllt. Es ist bei Lutetium schließlich mit 14 Elektronen vollständig besetzt. Da die 4f-Orbitale tief im Innern der Atome liegen, nehmen sie im Gegensatz zu den d-Orbitalen der übrigen Nebengruppenelemente wenig Einfluss auf das chemische Verhalten. Die Lanthanoiden-Elemente sind sich somit in ihren chemischen Eigenschaften relativ ähnlich. Sie gleichen sich so sehr, dass man sie bei der Entdeckung der Yttererde 1794 sogar für das Oxid ein und desselben Elements hielt. Das gleiche gilt für die zahlreichen Bestandteile der Ceriterde. Gemeinsam ist ihnen die Oxidationszahl +3. Daneben treten bei einigen Elementen noch die Oxidationszahlen +2 und +4 auf. Alle weisen die für Metalle typische dichteste Kugelpackung auf. Die Härte nimmt mit steigender Ordnungszahl zu.

Farben der Lanthanoid-Ionen in wässriger Lösung

Oxidationszahl

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

+2

Sm2+ blutrot

Eu2+ farblos

Tm2+ violettrot

Yb2+ gelbgrün

+3

La3+ farblos

Ce3+ farblos

Pr3+ gelbgrün

Nd3+ violett

Pm3+ violettrosa

Sm3+ tiefgelb

Eu3+ farblos

Gd3+ farblos

Tb3+ farblos

Dy3+ gelbgrün

Ho3+ gelb

Er3+ tiefrosa

Tm3+ blassgrün

Yb3+ farblos

Lu3+ farblos

+4

Ce4+ orangegelb

Pr4+ gelb

Nd4+ blauviolett

Tb4+ rotbraun

Dy4+ orangegelb

Lanthanoiden-Kontraktion

Aufgrund der Lanthanoiden-Kontraktion nimmt der Atomradius innerhalb der Reihe von Cer (183 pm) bis Lutetium (172 pm) nahezu stetig ab (Ausnahmen sind Europium und Ytterbium). Dies liegt daran, dass die Elemente, die – von der Ordnungszahl ausgehend – vor den Lanthanoiden liegen, bereits die 6s und 5p-Schale mit Elektronen aufgefüllt haben, jedoch die 4f-Schale nicht. Die Lanthanoide füllen nun die 4f-Schale mit Elektronen auf. Bei einer vereinfachten Vorstellung des Atom als aus räumlich abgetrennten Elektronenschalen bestehend, füllt sich nun eine, räumlich gesehen, näher zum Kern befindliche Elektronenschale mit Ladungsträgern. Nebenbei füllt sich der Kern selbstverständlich mit der gleichen Anzahl Protonen wie Elektronen auf die 4f-Schale hinzukommen. Durch die dadurch bedingte stärkere Anziehung zwischen Elektronen und Protonen schrumpft der Atomradius, während die Ordnungszahl steigt.

Dieser Effekt ist eigentlich nicht außergewöhnlich, da beim Auffüllen einer Schale innerhalb einer Periode immer der Radius sinkt. Allerdings ergeben sich aus dieser Eigenschaft einige Konsequenzen:

• Aufgrund der abnehmenden Größe ist eine Trennung mittels Ionenaustauschern leicht möglich.
• Beim Holmium ist der Radius der Ln³⁺ so klein, dass er fast dem des Y³⁺ entspricht; deshalb findet man Yttrium meist mit den "Schwererden" zusammen
• Innerhalb einer Gruppe haben die Übergangselemente an 2. und 3. Stelle sehr ähnliche Eigenschaften.

Vorkommen

Aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit kommen die Lanthanoide in der Natur meist vergesellschaftet vor. Viele von ihnen können aus Monazit (auch als sekundäre Ablagerungen - Monazitsande) gewonnen werden. Die häufigsten und ökonomisch wichtigsten lanthanoidführenden Minerale sind (verändert nach):

• Monazit CePO₄
• Xenotim YPO₄
• Bastnäsit LnCO₃F
• Parisit CaLn₂(CO₃)₃F₂
• Allanit CaLn(Al,Fe²⁺)₃Si₃O₁₁OH
• Synchysit CaLn(CO₃)₂F
• Ankylit-(Ce) SrCe(CO₃)₂(OH) · H₂O
• Ankylit-(La) Sr(La,Ce)[OH|(CO₃)₂] · H₂O
• Cerianit CeO₂

Ln bezeichnet in den Formeln alle Elemente von Lanthan bis Lutetium sowie das sehr ähnliche Yttrium (Y). In fast allen Mineralen findet man eine Häufung entweder der leichten (Ce) oder der schweren Lanthanoide (Y verhält sich mineralchemisch wie ein schweres Lanthanoid). So enthält beispielsweise Monazit überwiegend Ce und Ln, während der Gehalt der nachfolgenden Lanthanoide mit der Ordnungszahl abnimmt (daher wird die Formel von Monazit auch immer als CePO₄ angegeben). In Xenotim findet man genau den umgekehrten Fall (daher auch YPO₄). Diese meist sehr effektive Fraktionierung hat ihre Ursache in der Lanthanoiden-Kontraktion (s. o.) und den von Mineral zu Mineral unterschiedlich großen zur Verfügung stehenden Kristallgitterplätzen. Auch andere Mineralgruppen können bisweilen hohe Anteile an Lanthanoiden in ihre Struktur einbauen (z. B. Zirkon, Granat).

Siehe auch

• Actinoide

Verwendung

Es gibt zahlreiche Beispiele für die Verwendung der Lanthanoide:

• Cer: ist Hauptbestandteil im Auermetall, das als "Feuerstein" von Feuerzeugen verwendet wird, ebenso als Oxid in selbstreinigenden Öfen und als Katalysator beim Cracken.
  → Hauptartikel: Cer#Verwendung
• Praseodym: befindet sich in gelb gefärbtem Glas, z. B. in Schweißerschutzbrillen.
  → Hauptartikel: Praseodym#Verwendung
• Neodym: ist ebenfalls Bestandteil der Schweißerschutzbrillengläser und wird in Feststofflasern an Stelle von Rubinen eingesetzt.
  → Hauptartikel: Neodym#Verwendung
• Promethium: dient als Wärmequelle in (unbemannten) Satelliten und Raumsonden.
  → Hauptartikel: Promethium#Verwendung
• Samarium: findet als Permanentmagnet Anwendung, z.B. in Kopfhörern.
  → Hauptartikel: Samarium#Verwendung
• Europium: dient als Neutronenabsorber in Kernkraftreaktoren, aber auch als Aktivator der roten Leuchtstoffe in der Fernsehröhre.
  → Hauptartikel: Europium#Verwendung
• Gadolinium: findet man auch in der Fernsehröhre als Aktivator der grünen Leuchtstoffe.
  → Hauptartikel: Gadolinium#Verwendung
• Terbium: wird als Lasermaterial eingesetzt.
  → Hauptartikel: Terbium#Verwendung
• Dysprosium: ist als Neutronenabsorber in Kernkraftreaktoren zu finden.
  → Hauptartikel: Dysprosium#Verwendung
• Holmium: ist nur in Legierungen anzutreffen. Allgemein sind die Lanthanoiden häufig in Legierungen anzutreffen, sie machen Stahl leichter verarbeitbar.
  → Hauptartikel: Holmium#Verwendung
• Erbium: ist in fotografischen Filtern enthalten.
  → Hauptartikel: Erbium#Verwendung
• Thulium: dient auch in Kernkraftwerken als Neutronenabsorber.
  → Hauptartikel: Thulium#Verwendung
• Ytterbium: erzeugt Röntgenstrahlen ohne Elektrizität, z. B. in tragbaren Röntgenapparaten.
  → Hauptartikel: Ytterbium#Verwendung
• Lutetium: ist ein Katalysator beim Cracken und Polymerisieren.
  → Hauptartikel: Lutetium#Verwendung

Literatur

• Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 1928–1947.
• James E. Huheey: Anorganische Chemie, de Gruyter, Berlin 1988, ISBN 3-11-008163-6, S. 873–900.
• Norman N. Greenwood, Alan Earnshaw: Chemie der Elemente, 1. Auflage, VCH, Weinheim 1988, ISBN 3-527-26169-9, S. 1571–1600.
• dtv-Atlas zur Chemie 1981, Teil 1, S. 216–221.

Websites

• Literatur von und über Bin im Garten/Chemie/Hauptgruppen im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Thum, W.: Die Entdeckung der Seltenerdmetalle, Eine unter didaktischen Gesichtspunkten erstellte Zusammenfassung für den Unterricht. (chemie-master.de)

Gruppen des Periodensystems

Alkalimetalle | Erdalkalimetalle | Scandiumgruppe | Titangruppe | Vanadiumgruppe | Chromgruppe | Mangangruppe | Eisengruppe | Cobaltgruppe | Nickelgruppe | Kupfergruppe | Zinkgruppe | Borgruppe | Kohlenstoffgruppe | Stickstoffgruppe | Chalkogene | Halogene | Edelgase

Lanthanoide | Actinoide

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Metalle

Metalle

Einteilung

Einteilung der Metalle

H   He Li Be   B C N O F Ne Na Mg   Al Si P S Cl Ar K Ca Sc   Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y   Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg     * Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu   ** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Leichtmetalle < 5 g/cm³ Schwermetalle < 10 g/cm³ Schwermetalle > 10 g/cm³

Traditionell unterteilt man Metalle nach der Dichte in Schwermetalle und Leichtmetalle und nach der Reaktivität in Edelmetalle und unedle Metalle, wobei Letztere gute Reduktionsmittel darstellen. Siehe hierzu auch den Hauptartikel Metallischer Werkstoff (sowie zur Reaktivität unter Redoxreaktion).

Im Periodensystem der Elemente sind Metalle im Bereich links und unterhalb einer Linie vom Bor zum Astat (s. o.), wobei der metallische Charakter von oben nach unten bzw. von rechts nach links zunimmt. Ganz oben rechts befinden sich die Nichtmetalle, dazwischen die Halbmetalle. Die Nebengruppenelemente sind ausnahmslos Metalle.

Für das chemische Verhalten ist auch die Zugehörigkeit zu Haupt- oder Nebengruppen des Periodensystems entscheidend.

Siehe auch: Refraktärmetalle

Verwendung

Silbermünze "Eichbaum" – fünf Reichsmark 1927–33

Kupferdach

Viele Metalle sind wichtige Werkstoffe. Unsere moderne Welt wäre ohne Metalle unmöglich. Nicht ohne Grund werden Phasen der Menschheitsentwicklung nach den verwendeten Werkstoffen als Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit bezeichnet.

Die folgende Liste enthält die wichtigsten Metalle und Legierungsbestandteile, keine Verbindungen.

• Aluminium: bedeutendstes Leichtmetall
• Beryllium: Legierungen, vor allem mit Kupfer und Aluminium; Waffentechnik
• Bismut: Legierungen
• Blei: Legierungen, Bleiakkumulator, Lote, Korrosionsschutz, Gewicht
• Cadmium: Bestandteil von Akkumulatoren
• Chrom: Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl, Chrom-Nickel-Stahl), Überzugsmetall
• Eisen: wichtigstes Werkmetall (Gusseisen, Stahl), viele Legierungen
• Gallium: Thermometer
• Gold: Schmuckmetall, Blattgold, Elektrotechnik, Wertanlage, Währungsabsicherung
• Indium: Indiumdichtung, Lote
• Iridium: Elektroden, Zündkerzen
• Kalium: legiert mit Natrium als Kühlmittel in Kernreaktoren
• Cobalt: Magnete
• Kupfer: Elektrotechnik (zweithöchste Leitfähigkeit nach Silber), Bronze, Messing
• Magnesium: für besonders leichte Werkstücke; Einweg-Blitzbirnen bzw. Blitzlichtpulver
• Mangan: Legierungsbestandteil (Mangan-Stahl)
• Molybdän: Legierungsbestandteil (Molybdän-Stahl) zur Erhöhung der Warmfestigkeit
• Natrium: legiert mit Kalium als Kühlmittel in Kernreaktoren
• Nickel: Legierungen (Nickel-Eisen, Nickel-Chrom, Nickel-Kupfer etc.), Legierungsbestandteil (Chrom-Nickel-Stahl), Magnete
• Osmium: früher in Glühlampen
• Palladium: Katalyse, Wasserstoffspeicherung
• Platin: Schmuckmetall, Katalyse, eines der wertvollsten Metalle
• Quecksilber: Thermometer, Energiesparlampen
• Rhodium: Schmuckmetall
• Ruthenium: Katalysator, Erhöhung des Härtegrades von Platin und Palladium
• Silber: Schmuckmetall, Fotografie
• Tantal: Kondensatoren
• Titan: für Leichtbauweise ohne Rücksicht auf die Kosten, Schmuck
• Uran: Kernreaktoren, Radioaktivität, Geschosse
• Vanadium: Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl) für wärmfeste Stähle, Katalysator zur Synthese von Schwefelsäure (Vanadium-V-Oxid)
• Wolfram: Glühlampen (höchster Schmelzpunkt aller Metalle), Spezialstähle, Kugelschreiberminen (Kugeln)
• Zink: Legierungsbestandteil (Messing), Zinkdruckgussteile (Zamak-Legierung), Verzinkung von Stahlteilen (Feuerverzinken, Bandverzinken..)
• Zinn: Legierungsbestandteil (Bronze), Lote (Lötzinn), Weißblech, Zinnfiguren
• Zirconium: Hülle für Brennstäbe im Kernkraftwerk

Physikalische Eigenschaften

ein Stück hochreinen Eisens mit 99,97% Reinheit

Kubisch raumzentrierte Elementarzelle eines Eisenkristalls

Metallatome sind durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

• Die Zahl der Elektronen in der äußeren Schale ist gering und kleiner als die Koordinationszahl
• Die (zur Abspaltung dieser Außenelektronen nötige) Ionisierungsenergie ist klein (< 10 eV)

Daraus resultiert, dass Metallatome sich untereinander nicht wie viele Nichtmetalle über Atombindungen zu Molekülen oder Gittern verbinden können. Allenfalls in Metalldämpfen kommen solche Atombindungen vor, z. B. besteht Natriumdampf zu etwa 1 % aus Na₂-Molekülen.

Metalle ordnen sich vielmehr zu einem Metallgitter aus positiv geladenen Atomrümpfen, während die Valenzelektronen über das ganze Gitter verteilt sind. Keines dieser Elektronen gehört mehr zu einem bestimmten Kern, diese Elektronen sind frei beweglich, also nicht an bestimmte Energieniveaus (Orbitale) gebunden, sie befinden sich im „Leitungsband“ und bilden ein „Elektronengas“. Eine exaktere Betrachtung unter Berücksichtigung des Orbitalmodells liefert das Bändermodell.

Aus dieser Bindungsart und diesem Gitteraufbau resultieren folgende typische Eigenschaften der Metalle:

• Glanz (Spiegelglanz): Die frei beweglichen Elektronen können fast die gesamte auftreffende elektromagnetische Strahlung bis zu Wellenlängen der Röntgenstrahlung wieder emittieren; so entstehen der Glanz und Reflexion; aus glatten Metallflächen werden deshalb Spiegel angefertigt.
• Undurchsichtigkeit: Die vorbeschriebene, an der Metalloberfläche stattfindende Reflexion und die Absorption des nicht reflektierten Anteiles bewirken, dass zum Beispiel Licht kaum in Metall eintreten kann. Metalle sind deshalb nur in dünnsten Schichten etwas lichtdurchlässig und erscheinen in der Durchsicht grau oder blau.
• Gute elektrische Leitfähigkeit: Die Wanderung der frei beweglichen Elektronen in eine Richtung ist der elektrische Strom.
• Gute thermische Leitfähigkeit: Die leicht verschiebbaren Elektronen nehmen an der Wärmebewegung teil. Sie übertragen zudem die thermische Eigenbewegung der Atomrümpfe (Schwingungen) und tragen so zum Wärmetransport bei, vgl. Wärmeleitung.
• Gute Verformbarkeit (Duktilität): Im Metall befinden sich Korngrenzen und Versetzungen, die sich schon bei einer Dehnung unterhalb der Bruchdehnung bewegen können, das heißt, ohne dass der Zusammenhalt verloren geht; je nach Gittertyp verformt sich also ein Metall, bevor es bricht.
• Relativ hoher Schmelzpunkt: Er resultiert aus den allseitig gerichteten Bindungskräften zwischen den Kationen und den frei beweglichen Elektronen, ein jedoch weniger starker Effekt als die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Ionen in Salzkristallen.

Schmelz- und Siedetemperaturen

Schmelz- und Siedetemperaturen einiger Metalle (bei Normaldruck)

Metall	Schmelztemperatur in °C	Siedetemperatur in °C
Aluminium	06603 0660,3	2519
Blei	03274 0327,4	1749
Eisen	15380 1538,0	2861
Gold	10642 1064,2	2856
Kupfer	10846 1084,6	2562
Magnesium	06500 0650,0	1090
Wolfram	34220 3422,0	5555
Zink	04195 0419,5	0907
(weißes) Zinn	02319 0231,9	2602

Als hochschmelzend bezeichnet man Metalle, deren Schmelzpunkt T_E über 2000 K bzw. über dem Schmelzpunkt von Platin (T_E-Platin = 2045 K = 1772 °C) liegt. Dazu gehören die Edelmetalle Ruthenium, Rhodium, Osmium und Iridium und Metalle der Gruppen IVB (Zirconium, Hafnium), VB (Vanadium, Niob, Tantal), VIB (Chrom, Molybdän, Wolfram) und VIIB (Technetium, Rhenium).

Wärmeleiteigenschaften

Die für die Wärmeleitung relevanten Eigenschaften wie Dichte, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit variieren stark. So hat etwa Silber mit 427 W/(m·K) eine ca. 20-fach höhere Wärmeleitfähigkeit als Mangan, siehe Liste mit Werten.

FRAGE: Nenne die Leichtmetalle

Leichtmetalle

Übersicht

H																	He
Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg											Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg
		*	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
		**	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr

Als Leichtmetalle werden allgemein Metalle und Legierungen bezeichnet, deren Dichte unter 5 g/cm³ liegt. Alle anderen Metalle sind Schwermetalle, von denen Europium mit einer Dichte von 5,244 g/cm³ das leichteste ist. Im technischen Bereich sind vor allem Aluminium, Magnesium, Titan sowie in geringem Umfang Beryllium und Lithium im Gebrauch - sowie weitere Elemente als Legierungselemente in geringer Konzentration. Die Verarbeitung metallischer Werkstoffe erfolgt bei Leichtmetallen grundsätzlich wie bei anderen Metallen auch.

Liste der Leichtmetalle

Eine vollständige Liste der Leichtmetall-Elemente mit ihren Dichten bei 20 °C:

Periode des Periodensystems 1 2 3 4 5 6 7

Alkalimetalle Dichte [g/cm³]   Lithium   0,53 Natrium   0,97 Kalium   0,86 Rubidium   1,53 Caesium   1,90 Francium   1,87

Erdalkalimetalle Dichte [g/cm³]   Beryllium   1,85 Magnesium   1,74 Calcium   1,54 Strontium   2,63 Barium   3,65

Scandiumgruppe Dichte [g/cm³]       Scandium   2,99 Yttrium   4,47

Titangruppe Dichte [g/cm³]       Titan   4,51

Borgruppe Dichte [g/cm³]     Aluminium   2,70

Leichtmetallbrände

Beim Löschen von Bränden von Leichtmetallen muss beachtet werden, dass dazu kein Wasser verwendet werden darf. Leichtmetalle wie Alkali- und Erdalkalimetalle neigen dazu, mit Wasser sehr heftig unter Bildung von Alkalimetallhydroxiden und Freisetzung von Wasserstoff zu reagieren. Im Falle eines Löschversuchs mit Wasser könnte sich der freiwerdende Wasserstoff entzünden und es käme unter Umständen zu Explosionen (Knallgasbildung mit Luftsauerstoff). Dabei steigt die Reaktivität vom Lithium zum Caesium, bzw. Beryllium zum Barium, stark an. Ab dem Kalium erfolgt Selbstentzündung.

Zudem verbrennen viele Leichtmetalle, z. B. Magnesium und Aluminium, bei sehr hohen Temperaturen. Wasser zersetzt sich hierbei thermisch zu Wasserstoff und Sauerstoff was ebenfalls zu einer explosionsartigen Brandausbreitung führt.

Auch wasserhaltige Löschmittel, wie etwa Löschschaum, verbieten sich aus diesen Gründen. Andere Löschmittel zeigen bei Leichtmetallbränden häufig keine Wirkung, denn Magnesium brennt auch unter Kohlendioxidatmosphäre weiter, indem es dem Kohlendioxid den Sauerstoff entzieht. Normale Löschpulver eignen sich ebenfalls nicht für Leichtmetallbrände.

Als Löschmittel können dienen:

• Metallbrandpulver
• trockener Zement
• trockener Sand
• Edelgase

Siehe auch

• Metallbrand

Schwermetalle

Schwermetalle

Übersicht

H																	He
Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg											Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn
		*	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
		**	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr

Mit der Bezeichnung Schwermetalle wird willkürlich eine Gruppe von Metallen zusammengefasst. Durch das Fehlen einer eindeutigen wissenschaftlich akzeptierten Definition des Begriffes „Schwermetall“ gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Definitionen in der Literatur. Eine Studie der IUPAC fand mindestens 38 Definitionen des Begriffes, der angefangen von der Dichte, dem „Atomgewicht“ oder der Ordnungszahl bis zu den chemischen Eigenschaften oder der Toxizität reicht. Folglich unterscheiden sich Listen von „Schwermetallen“ von einem Satz von Richtlinien zu einem anderen; dabei werden oft auch Halbmetalle wie z. B. Arsen mit eingeschlossen. Der Begriff wird oft ohne Angabe der Metalle, auf die er sich bezieht, verwendet. IUPAC empfiehlt daher, den Begriff künftig nicht mehr zu verwenden. In der Öffentlichkeit gelten oft alle mit dem Begriff „Schwermetall“ bezeichneten Stoffe als toxische Substanzen. Insbesondere die Verwendung des Begriffs in diesem Sinn ist äußerst problematisch, da viele der damit bezeichneten Elemente für den Menschen essentiell sind. Aus den oben aufgeführten Gründen ist die Bezeichnung aller anderen Metalle als Leichtmetalle ebenso undefiniert.

Begrifflichkeit

In der Technik fallen unter den Begriff Schwermetall auch Legierungen mit hoher Dichte.

Zu den „Schwermetallen“ werden üblicherweise unter anderem die Edelmetalle sowie Bismut, Eisen, Kupfer, Blei, Zink, Zinn, Nickel, Cadmium, Chrom und Uran gerechnet.

Der Abbau von „Schwermetallen“ geht häufig mit einer hohen Belastung der Böden einher. An Stellen im Harz, im Siegerland und der Aachener Umgebung haben sich auf den durch Erzbergbau belasteten Böden beispielsweise spezifische Pflanzengesellschaften ausgebildet (so genannte azonale Vegetation). Dort bilden die sogenannten Galmeipflanzen Schwermetallrasen aus.

4. Periode Dichte [g/cm³]         Vanadium   6,11 Chrom   7,14 Mangan   7,47 Eisen   7,874 Cobalt   8,90 Nickel   8,908 Kupfer   8,92 Zink   7,14 Gallium   5,904 Germanium *   5,323 Arsen *   5,72

5. Periode Dichte [g/cm³]     Zirconium   6,511 Niob   8,570 Molybdän 10,28 Technetium 11,50 Ruthenium 12,37 Rhodium 12,45 Palladium 12,023 Silber 10,49 Cadmium   8,65 Indium   7,31 Zinn   7,31 Antimon *   6,697 Tellur *   6,25

6. Periode Dichte [g/cm³]     Hafnium 13,31 Tantal 16,65 Wolfram 19,25 Rhenium 21,03 Osmium 22,59 Iridium 22,56 Platin 21,45 Gold 19,32 Quecksilber 13,55 Thallium 11,85 Blei 11,34 Bismut   9,78 Polonium   9,20

7. Periode Dichte [g/cm³] Radium   5,50 Rutherfordium   Dubnium   Seaborgium   Bohrium   Hassium   Meitnerium   Darmstadtium   Roentgenium   Copernicium   Nihonium   Flerovium   Moscovium   Livermorium

Lanthanoide Dichte [g/cm³] Lanthan   6,146 Cer   6,689 Praseodym   6,64 Neodym   6,800 Promethium   7,264 Samarium   7,353 Europium   5,244 Gadolinium   7,901 Terbium   8,219 Dysprosium   8,551 Holmium   8,80 Erbium   9,05 Thulium   9,321 Ytterbium   6,965 Lutetium   9,841

Actinoide Dichte [g/cm³] Actinium 10,07 Thorium 11,72 Protactinium 15,37 Uran 18,97 Neptunium 20,48 Plutonium 19,74 Americium 13,67 Curium 13,51 Berkelium 13,25 Californium 15,10 Einsteinium 13,5 Fermium   Mendelevium   Nobelium   Lawrencium

* Halbmetalle

Verwendung

Schwermetalle werden in vielen Bereichen, zumeist aber für die Metallveredelung verwendet. Dadurch erhalten die ausgewählten Materialien spezielle Eigenschaften. Folgende Anwendungsgebiete sind heute aufgrund ihrer gesundheitsgefährdenden Wirkung verboten:

• Blei in PVC und Trinkwasserleitungen
• Blei in Lötzinn ist nach der RoHS-Richtlinie nicht mehr erlaubt (mit wenigen Ausnahmen, siehe weiter unten).
• Cadmium in der Kosmetik, Pflanzenschutz und PVC, früher auch in Akkumulatoren
• Quecksilber in Holzschutzmitteln, Imprägnierstoffen, Antifoulingfarben sowie zur Wasseraufbereitung

Weiterhin verwendete Schwermetalle

• Blei im Lötzinn bei medizinischen Geräten, Überwachungs- bzw. Kontrollinstrumente, Luft- und Raumfahrt und im militärischen Bereich sowie für Reparaturen
• Chrom und Nickel für Stahl, letzteres auch für Akkumulatoren
• Blei für Akkumulatoren (=aufladbare Batterien), Kabelummantelungen, Pigmenten, Legierungen sowie beim Strahlenschutz
• Quecksilber in geringen Mengen in Leuchtstofflampen und Energiesparlampen, in Thermometern, in der Apparatetechnik und zur Amalgam-Plombenherstellung
• Cadmium für Akkumulatoren (Nickel-Cadmium und Silber-Cadmium), als Korrosionsschutz für Eisen und ähnliche Metalle (durch elektrolytische Abscheidung oder physikalische Gasphasenabscheidung erzeugte Cadmium-Überzüge schützen bereits in einer Dicke von 0,008 mm gegen Korrosion), Cadmium-Pigmente und Cadmiumseife als Stabilisatoren für PVC, Cadmium-Legierungen und in der Kerntechnik als Regelstäbe in Reaktoren (Cadmium 113 hat einen besonders großen Wirkungsquerschnitt für thermische Neutronen).

Anwendung in der Medizin

• Lanthan dient als Lanthancarbonat (Phosphatbinder) zur Behandlung der Hyperphosphatämie bei niereninsuffizienten Patienten.
• Gadolinium wird komplexgebunden als Kontrastmittel bei der Magnetresonanztomographie eingesetzt, etwa das Gadopentetat-Dimeglumin. Es besteht die Gefahr einer nephrogenen systemischen Fibrose (NSF) bei niereninsuffizienten Patienten.

Lebensnotwendig

Manche Schwermetalle sind in kleinen Mengen lebenswichtig für den Menschen, sie werden dann als Spurenelemente bezeichnet. Dazu gehören: Chrom, Eisen, Cobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Vanadium, Zink und Zinn.

Gesundheitsschädlich

Viele Schwermetalle sind für den menschlichen Organismus gesundheitsschädlich oder giftig, da sie nicht abgebaut werden können. Sie werden meist über die Nahrungskette aufgenommen und gelangen so in den menschlichen Körper.

Blei

Blei besitzt eine kumulative Wirkung und wirkt bei der Aufnahme durch Nahrung und Atemluft schon in geringen Spuren als chronisches Gift. Es reichert sich in Knochen, Zähnen und im Gehirn an und beeinträchtigt die Funktionsfähigkeit des Nervensystems. Besonders Kinder sind gefährdet, sie zeigen oft Intelligenz-, Lern- und Konzentrationsstörungen. Auch die Immunabwehr kommt bei Bleivergiftungen zu Schaden, daraus folgt eine erhöhte Infektanfälligkeit.

Die größte Quelle für Bleivergiftung war in Westeuropa bis in die achtziger Jahre Benzin, dem Tetraethylblei zugesetzt wurde, um die Klopffestigkeit zu erhöhen. Seit der Wiedervereinigung wird auch in Ostdeutschland ausschließlich bleifreies Benzin verwendet, so dass seitdem auch dort die Blutwerte für Blei bei der Bevölkerung zurückgehen. Weltweit wird allerdings noch in Afrika und weiten Teilen Asiens verbleites Benzin verwendet, mit den entsprechenden gesundheitlichen Folgen.

Seit 1973 wurden in Deutschland keine Bleirohre mehr als Wasserleitung im Haus verbaut. Praktisch frei von Bleirohren ist der gesamte süddeutsche Raum: seit über hundert Jahren wurden dort keine Bleirohre mehr verlegt. Der Grenzwert für Blei im Leitungswasser liegt seit dem 1. Dezember 2003 bei 0,025 Milligramm pro Liter und ab 1. Dezember 2013 bei 0,01 Milligramm pro Liter.

Cadmium

Cadmium und seine Verbindungen sind bereits in geringen Konzentrationen giftig. Es hat sich im Tierversuch als krebserzeugend erwiesen und ist erbgut- und fruchtschädigend. Der Körper eines Erwachsenen enthält ca. 30 mg Cadmium, ohne dass es für den Aufbau von Körpersubstanzen benötigt wird. Es gehört zu den nichtessentiellen Elementen. Die orale Aufnahme von löslichen Cadmium-Salzen kann Erbrechen und Störungen im Verdauungstrakt, Leberschädigungen und Krämpfe verursachen. Die Inhalation von Cadmium-Dämpfen ruft Reizungen der Atemwege und Kopfschmerzen hervor. Chronische Vergiftungen äußern sich durch den Ausfall des Geruchsvermögens, Gelbfärbung der Zahnhälse, Blutarmut und Wirbelschmerzen, in fortgeschrittenem Stadium durch Knochenmarkschädigungen und Osteoporose. Cadmium ist vermehrt in Verruf gekommen seit dem Auftreten der oft tödlich endenden Itai-Itai-Krankheit in Japan, die mit schweren Skelettveränderungen einhergeht. Die Anreicherung von Cadmium in der Leber und vor allem in der Niere ist besonders bedenklich. Bei Rauchern wurden etwa doppelt so hohe Gehalte von Cadmium wie bei Nichtrauchern festgestellt. Die Durchschnittliche Belastung mit Cadmium durch Rauchen beträgt 0,002 mg bis 0,004 mg pro Tag. Mit der Nahrung nimmt der Mensch täglich etwa 0,01 mg bis 0,035 mg Cadmium auf. Laut WHO liegt der kritische Grenzwert bei 0,01 mg pro kg Körpermasse. Die biologische Halbwertszeit beim Menschen beträgt etwa 10 bis 35 Jahre.

Quecksilber

siehe auch Quecksilbervergiftung

Metallisches Quecksilber kann als Quecksilberdampf über die Lunge in den Körper aufgenommen werden. Es reizt die Atem- und Verdauungswege, kann zu Erbrechen mit Bauchschmerzen führen und auch Schäden an Nieren und am Zentralnervensystem hervorrufen.

Kupfer

Kupferverbindungen verursachen beim Verschlucken Schwäche, Erbrechen und Entzündungen im Verdauungstrakt. Akute Vergiftungen sind beim Menschen selten, da zwangsläufig Erbrechen ausgelöst wird. Kupfer im Abfall von Müllverbrennungsanlagen begünstigt als Katalysator die Entstehung stark giftiger polychlorierter Dioxine und Furane.

Kupfer gelangt durch Wasserleitungen aus Kupfer ins Trinkwasser. Die Trinkwassernormen der WHO und der EU erlauben einen maximalen Kupfergehalt von 2 mg pro Liter. Die deutsche Trinkwasserverordnung übernahm diesen Wert.

Ein Kupfergehalt von zwei Milligramm pro Liter verleiht dem Wasser bereits einen metallischen Geschmack, fünf Milligramm pro Liter machen es ungenießbar. Nach derzeitigem Wissen wird eine mittlere Belastung des Trinkwassers mit zwei Milligramm Kupfer pro Liter als gesundheitlich unbedenklich angesehen. Gefährdet sind insbesondere Säuglinge und Kleinkinder. Stark kupferhaltiges Trinkwasser kann bei Säuglingen und Kleinkindern zur frühkindlichen Leberzirrhose führen.

"Kupferrohre sollten nicht für die Trinkwasserinstallation verwendet werden, wenn das Wasser einen niedrigen pH-Wert hat. Dies gilt besonders für Hausbrunnen, weil dieses Wasser vielfach nicht aufbereitet wird. Bei Kupferleitungen kann sich besonders bei älteren Rohren, wenn das Wasser im Härtebereich 4 und der pH-Wert unterhalb von 7,3 liegt, zuviel Kupfer lösen. Von diesen Ausnahmen abgesehen ist das Trinkwasser aber deutlich besser als sein Ruf und kann unbedenklich auch von Kindern reichlich getrunken werden."

Plutonium

Die für einen Menschen tödliche Dosis liegt wahrscheinlich im zweistelligen Milligrammbereich. Viel gefährlicher als die chemische Wirkung ist aber seine Radioaktivität, die Krebs verursachen kann. Zur Entstehung von Krebs reicht vermutlich eine Menge in der Größenordnung einiger Mikrogramm. Aus dieser Abschätzung wurde das weit verbreitete Missverständnis über die besondere Gefährlichkeit von Plutonium abgeleitet. Da die ausgesendete α-Strahlung durch die auf der Haut befindlichen Partikel aus abgestorbener Hornhaut abgeschirmt wird, ist Plutonium nur bei Inkorporation (beispielsweise die Inhalation von plutoniumhaltigem Staub) gesundheitsschädlich.

Literatur

• Jerome Nriagu: A History of Global Metal Pollution., in Science, 272/1996, S. 223–4.

Übergangsmetalle

Übergangsmetalle

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Lage im Periodensystem

Die chemischen Elemente mit den Ordnungszahlen von 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 und 89 bis 112 werden üblicherweise als Übergangselemente bezeichnet. Da diese Elemente alle Metalle sind, wird auch der Ausdruck Übergangsmetalle benutzt. Dieser Name ist in ihrer Position im Periodensystem begründet, da sich dort der Übergang durch die aufeinanderfolgende Zunahme von Elektronen in den d-Atomorbitalen entlang jeder Periode zeigt. Übergangselemente werden chemisch von der IUPAC als Elemente, die eine unvollständige d-Schale besitzen oder Ionen mit einer unvollständigen d-Schale ausbilden, definiert. Nach dieser strengeren Definition sind Zink, Cadmium und Quecksilber keine Übergangselemente, da sie d¹⁰ Konfiguration besitzen. Traditionell wird jedoch die einfachere und weniger strikte Definition verwendet.

21 Sc	22 Ti	23 V	24 Cr	25 Mn	26 Fe	27 Co	28 Ni	29 Cu	30 Zn
39 Y	40 Zr	41 Nb	42 Mo	43 Tc	44 Ru	45 Rh	46 Pd	47 Ag	48 Cd
57 La	72 Hf	73 Ta	74 W	75 Re	76 Os	77 Ir	78 Pt	79 Au	80 Hg
89 Ac	104 Rf	105 Db	106 Sg	107 Bh	108 Hs	109 Mt	110 Ds	111 Rg	112 Cn

Elektronenkonfiguration

Hauptgruppenelemente, die sich im Periodensystem vor den Übergangsmetallen befinden (also die Element Nummer 1 bis 20), haben keine Elektronen in den d- Orbitalen, sondern nur in den s- und p-Orbitalen (obwohl angenommen wird, dass die leeren d-Orbitale im Verhalten solcher Elemente wie Silicium, Phosphor und Schwefel eine Rolle spielen).

Bei den d-Block-Elementen von Scandium bis Zink werden die d-Orbitale entlang der Periode aufgefüllt. Außer Kupfer und Chrom haben alle d-Block-Elemente der 4. Periode zwei Elektronen in ihrem äußeren s-Orbital, selbst Elemente mit unvollständigen 3d-Orbitalen. Das ist ungewöhnlich: niedrigere Orbitale werden normalerweise vor den äußeren Schalen aufgefüllt. Die s-Orbitale in den d-Block-Elementen befinden sich aber in einem niedrigeren Energiezustand als die d-Unterschalen. Da Atome bestrebt sind, einen möglichst niedrigen Energiezustand einzunehmen, werden die s-Schalen zuerst aufgefüllt. Die Ausnahmen bei Chrom und Kupfer – die nur ein Elektron in ihrem äußeren Orbital besitzen – sind durch Elektronenabstoßung begründet. Das Aufteilen der Elektronen auf s- und d-Orbitale führt zu niedrigeren Energiezuständen für die Atome als zwei Elektronen im äußeren s-Orbital zu platzieren.

Nicht alle d-Block-Elemente sind Übergangsmetalle. Scandium und Zink passen nicht in die oben angegebene Definition. Scandium hat ein Elektron in seiner d-Unterschale und 2 Elektronen im äußeren s-Orbital. Da das einzige Scandiumion (Sc³⁺) keine Elektronen im d-Orbital hat, kann es natürlich auch kein „teilweise gefülltes“ d-Orbital haben. Ähnliches gilt für Zink, da sein einziges Ion, Zn²⁺, ein vollständig gefülltes d-Orbital hat.

Chemische Eigenschaften

Übergangselemente zeichnen sich im allgemeinen durch hohe Zugfestigkeiten, Dichten, Schmelzpunkte und Siedepunkte aus. So wie andere Eigenschaften der Übergangsmetalle sind auch diese auf die Fähigkeit der Elektronen der d-Orbitale zurückzuführen, innerhalb des Metallgitters delokalisiert zu sein. In metallischen Stoffen sind diese Eigenschaften umso stärker ausgeprägt, je mehr Elektronen zwischen den Kernen aufgeteilt werden.

Es gibt vier typische Eigenschaften von Übergangsmetallen:

• Sie bilden gefärbte Verbindungen.
• Sie können sehr viele verschiedene Oxidationszustände einnehmen.
• Sie sind gute Katalysatoren.
• Sie bilden Komplexe.

Oxidationszustände

Im Vergleich zu Elementen der II. Gruppe wie Calcium gibt es die Ionen der Übergangselemente in zahlreichen Oxidationszuständen. Calciumionen geben nur zwei Elektronen ab, da sie so eine Edelgaskonfiguration erhalten. Sie liegen somit in der Oxidationsstufe +II vor, wohingegen ein Übergangselement bis zu acht Elektronen abgeben kann. Wenn man die Ionisationsenthalpien beider Gruppen betrachtet, erkennt man auch den Grund dafür. Die Energie, die zur Entfernung von Elektronen von Calcium notwendig ist, ist niedrig, solange bis man versucht, Elektronen unterhalb seiner äußeren beiden s-Orbitale zu entfernen. Ca³⁺ hat eine Ionisationsenthalpie, die so hoch ist, dass es normalerweise nicht vorkommt. Übergangselemente wie Vanadium dagegen haben wegen der geringen Energiedifferenz zwischen den 3d- und 4s-Orbitalen ziemlich linear ansteigende Ionisationsenthalpien entlang ihrer s- und d-Orbitale. Übergangselemente kommen daher auch mit sehr hohen Oxidationszahlen vor. Im allgemeinen sind solche Elektronenkonfigurationen bevorzugt, die entweder voll oder halb besetzt sind.

Entlang einer Periode kann man bestimmte Verhaltensmuster erkennen:

• Die Anzahl der Oxidationszustände nimmt in der 4. Periode bis zum Mangan zu und sinkt dann wieder. Das ist auf die stärkere Anziehungskraft der Protonen im Kern zurückzuführen, wodurch die Abgabe von Elektronen erschwert wird.
• Die Elemente in ihren niedrigen Oxidationsstufen kommen normalerweise als einfache Ionen vor. In höheren Oxidationsstufen sind sie üblicherweise kovalent an andere elektronegative Elemente wie Sauerstoff oder Fluor gebunden, oft als Anionen.

Für die Übergangsmetalle der 6. Periode wurde erst kürzlich ein linearer Trend für die maximalen Oxidationsstufen vorhergesagt. Die maximalen Oxidationsstufen von Lanthan bis Osmium nehmen schrittweise von +III nach +VIII zu und fallen anschließend wieder linear ab bis zur Oxidationsstufe +IV für Quecksilber. Diese Vorhersage der maximalen Oxidationsstufen für die 5d-Übergangsmetallreihe wurde erst kürzlich durch die Darstellung der Oxidationsstufe +IV für Quecksilber als HgF₄ bestätigt.

Eigenschaften in Abhängigkeit vom Oxidationszustand:

• Höhere Oxidationsstufen werden entlang der Periode weniger stabil.
• Ionen in höheren Oxidationsstufen sind gute Oxidationsmittel, wohingegen Elemente in niedrigen Oxidationsstufen Reduktionsmittel sind.
• Die (2+)-Ionen beginnen am Anfang der Periode als starke Reduktionsmittel und werden dann immer stabiler.
• Die (3+)-Ionen dagegen beginnen stabil und werden dann immer bessere Oxidationsmittel.

Die Darstellung zeigt die Oxidationsstufen von Übergangsmetall-Verbindungen. Ein ausgefüllter Kreis deutet einen häufigen Oxidationszustand an, ein Ring stellt einen selteneren und energetisch ungünstigeren Zustand dar.

Katalytische Aktivität

Übergangsmetalle sind gute homogene oder heterogene Katalysatoren, z. B. ist Eisen der Katalysator für das Haber-Bosch-Verfahren. Nickel und Platin werden für die Hydrierung von Alkenen verwendet. Palladium (Pd) eignet sich gut für katalysierte C-C-Kupplungsreaktionen (Suzuki, Heck, Stille etc.). Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) werden z. B. in der asymmetrischen Hydrierung prochiraler Moleküle eingesetzt. In den meisten Fällen werden hier Phosphor-Verbindungen als Liganden für die Stereokontrolle eingesetzt. Die bekanntesten Liganden sind z. B. BINAP von R. Noyori (Nobelpreis 2001), DIOP von Kagan, JosiPhos/WalPhos, und DuPhos. Alle genannten Liganden haben gemeinsam, dass sie bidentat und chelatisierend sind, d. h. zwei Phosphoratome des Liganden binden gleichzeitig an das Metall.

Farbige Verbindungen

Von links nach rechts: In Wasser gelöstes Co(NO₃)₂ (rot); K₂Cr₂O₇ (orange); K₂CrO₄ (gelb); NiCl₂ (grün); CuSO₄ (blau); KMnO₄ (violett)

Wenn sich die Frequenz elektromagnetischer Strahlung verändert, nehmen wir verschiedene Farben wahr. Sie resultieren aus der unterschiedlichen Zusammensetzung von Licht, nachdem es nach Kontakt mit einem Stoff reflektiert, transmittiert oder absorbiert wurde – man spricht auch von Remission. Wegen ihrer Struktur bilden Übergangsmetalle viele verschiedene farbige Ionen und Komplexe aus. Die Farben unterscheiden sich sogar bei ein und demselben Element – z.B. MnO₄⁻ (Mn in der Oxidationsstufe +7) ist eine violette Verbindung, Mn²⁺ ist aber blassrosa. Cr(II)-Verbindungen sind in der Regel blau, Cr(III)-Verbindungen grün, während Cr(VI)-Verbindungen gelb bis orange sind. Komplexbildung kann eine wesentliche Rolle bei der Farbgebung spielen. Die Liganden haben nämlich einen großen Einfluss auf die d-Schale. Sie ziehen teilweise die d-Elektronen an und spalten sie in höhere und niedrigere (in Bezug auf die Energie) Gruppen. Elektromagnetische Strahlung wird nur absorbiert, wenn ihre Frequenz der Energiedifferenz zweier Energiezustände des Atoms entspricht (wegen der Formel E=hν.) Wenn Licht auf ein Atom mit aufgespaltenen d-Orbitalen trifft, werden manche Elektronen in den höheren Zustand angehoben. Verglichen mit einem nichtkomplexierten Ion können verschiedene Frequenzen absorbiert werden, und deshalb kann man auch verschiedene Farben beobachten.

Die Farbe eines Komplexes hängt ab von:

• der Art des Metallions, genau genommen von der Anzahl der Elektronen in den d-Orbitalen
• der Anordnung der Liganden um das Metallion (Komplexisomere können verschiedene Farben annehmen)
• der Art der Liganden um das Metallion. Je stärker die Liganden sind, desto größer ist die Energiedifferenz zwischen den beiden aufgespaltenen 3d-Gruppen.

Die Komplexe des d-Block-Elements Zink (streng genommen kein Übergangselement) sind farblos, da die 3d-Orbitale vollständig besetzt sind und daher auch keine Elektronen angehoben werden können.

Weblinks

• Homepage of Dr. Sebastian Riedel: The highest oxidation states of the transition metals

FRAGE: Nenne einige Edelmetalle

Edelmetalle

• • klassische Edelmetalle: Platinmetalle (die „leichten Platinmetalle“: Ruthenium, Rhodium, Palladium) und der 6. Periode (die „schweren Platinmetalle“: Osmium, Iridium, Platin) sowie Gold und Silber.
  • Halbedelmetalle: Rhenium, Bismut, Kupfer (Selbst Nickel und Zinn werden von einigen Autoren dazugezählt, obwohl ihr Standardpotential etwas unter dem Wasserstoff liegt.)

Die Edelmetalle im PSE:
Gelb - klassisches Edelmetall;
orange - Halbedelmetall;
hellgelb - kurzlebiges radioaktives Edelmetall

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

*

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Edelmetalle sind Metalle, die besonders korrosionsbeständig sind. Einige Edelmetalle, zum Beispiel Gold und Silber, sind deswegen seit dem Altertum zur Herstellung von Schmuck und Münzen in Gebrauch. Im Laufe der letzten vier Jahrhunderte wurden die Platinmetalle entdeckt, die eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit wie Gold zeigen.

Edelmetalle im klassischen Sinn

Zu den Edelmetallen im klassischen Sinn gehören die Platinmetalle sowie Gold und Silber. Teilweise wird auch noch Quecksilber zu den Edelmetallen gezählt, obwohl es in vieler Hinsicht reaktiver als die übrigen Edelmetalle ist. Edelmetalle korrodieren (verrosten, oxidieren) bei Raumtemperatur an Luft entweder gar nicht, oder nur äußerst langsam und in sehr geringem Umfang, so wie es beim Silber der Fall ist, wenn es mit (Spuren von) Schwefelwasserstoff in Berührung kommt. Selbst dabei bildet sich nur eine extrem dünne Schicht von schwarzem Silbersulfid. Der Silbergegenstand wird dabei nicht beschädigt. Von Salzsäure werden die Edelmetalle nicht angegriffen. Edelmetalle zeichnen sich ferner dadurch aus, dass viele ihrer Verbindungen thermisch nicht stabil sind. So werden Silberoxid und Quecksilberoxid beim Erhitzen in ihre Einzelelemente zerlegt.

Halbedelmetalle

Im 19. und 20. Jahrhundert wurde die Theorie der Redoxreaktionen verfeinert. Neue Reaktionswege wurden entdeckt. Des weiteren entwickelte man die elektrochemische Methode der Potentiometrie, mit der man die Stärke von Reduktionsmitteln und Oxidationsmitteln genau messen und vergleichen konnte. Dies gestattete auch eine verfeinerte Einteilung der Metalle nach ihrem edlen oder unedlen Charakter. Zu den Halbedelmetallen gehören demnach solche, die nicht unter Wasserstoffbildung mit wässrigen Lösungen nichtoxidierender Säuren wie zum Beispiel Salzsäure oder verdünnte Schwefelsäure reagieren. Das liegt an ihrem Standardpotential, welches höher als dasjenige des Wasserstoffs ist. Diese Metalle sind auch gegen Luftsauerstoff weitgehend inert. Aus diesem Grund kommen sie in der Natur gelegentlich gediegen vor.

Klassische Edelmetalle und die Halbedelmetalle Kupfer und Rhenium

Metalle wie Bismut und Kupfer liegen mit ihrem Standardpotential deutlich näher am Wasserstoff als die klassischen Edelmetalle. An Luft korrodieren sie schneller, und in oxidierenden Säuren wie konzentrierte Schwefelsäure oder halbkonzentrierte (30-prozentige) Salpetersäure lösen sie sich zügig. Im chemischen Sinne sind Halbedelmetalle also alle Metalle, die in der elektrochemischen Spannungsreihe ein positives Standardpotential gegenüber Wasserstoff besitzen, ansonsten aber nicht so korrosionsbeständig wie klassische Edelmetalle sind. Nach dieser Definition ist auch das künstliche und radioaktive Technetium als halbedel zu bezeichnen. Diese Halbedelmetalle nehmen also eine Zwischenstellung zwischen den klassischen edlen und unedlen Metallen ein. Selbst Nickel und Zinn werden von einigen Autoren dazugezählt, obwohl ihr Standardpotential etwas unter dem Wasserstoff liegt.

Kurzlebige radioaktive Edelmetalle

Theoretische Überlegungen aufgrund quantenmechanischer Berechnungen sprechen dafür, dass auch die künstlichen Elemente Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Copernicium Edelmetalle sind. Praktische Bedeutung kommt diesen Metallen allerdings nicht zu, da ihre bekannten Isotope äußerst instabil sind und schnell (typischerweise in wenigen Sekunden, maximal in circa 1 Stunde für Mt-278) radioaktiv zerfallen.

Unedle Metalle

Klar abzugrenzen sind die unedlen Metalle wie Aluminium, Eisen und Blei. Da ihr Standardpotential kleiner als das von Wasserstoff ist, werden sie von nichtoxidierenden Säuren angegriffen. Das kann, wie beim Blei, auch recht langsam erfolgen. "Nichtoxidierend" bedeutet hierbei, dass sich kein stärkeres Oxidationsmittel als das Wasserstoffion in der Lösung befindet.

Weitere korrosionsbeständige Metalle

Neben den Edelmetallen gibt es auch noch einige Metalle, die in Folge ihrer Passivierung mitunter eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen, die je nach chemischem Milieu auch manche Edelmetalle zum Teil übertrifft. Dies sind die Elemente der 4. Nebengruppe (Titan, Zirconium und Hafnium), die der 5. Nebengruppe (Vanadium, Niob und Tantal) sowie die der 6. Nebengruppe (Chrom, Molybdän und Wolfram). Weitere technisch bedeutende Metalle, die Passivschichten bilden, sind Zink (12. Nebengruppe), Aluminium (3. Hauptgruppe) sowie Silicium und Blei (4. Hauptgruppe).

Reaktionen der Edelmetalle

Mit geeigneten aggressiven Chemikalien kann man alle Edelmetalle in Lösung bringen. Gold und einige Platinmetalle lösen sich zügig in Königswasser. Silber sowie die Halbedelmetalle reagieren lebhaft mit Salpetersäure. Im Bergbau werden Cyanidlösungen in Verbindung mit Luftsauerstoff verwendet, um Gold und Silber aus Gesteinen zu lösen. Der Angriff durch den Luftsauerstoff ist nur möglich, weil sich als Produkte stabile Cyanidokomplexe mit Gold und Silber bilden. Auch im Königswasser ist die Bildung stabiler Komplexverbindungen (Chloridokomplexe) mit entscheidend für die oxidierende Wirkung des Milieus. Edelmetalle verhalten sich im übrigen häufig gar nicht „edel“ gegenüber sehr elektropositiven Metallen, sondern bilden hier häufig bereitwillig und unter Energiefreisetzung Intermetallische Phasen.

Physikalische Auffassung vom Edelmetallcharakter

Im physikalischen Sinn ist die Menge der Edelmetalle noch bedeutend kleiner; es sind nur Kupfer, Silber und Gold. Das Kriterium zur Klassifizierung ist die elektronische Bandstruktur. Die drei aufgeführten Metalle besitzen alle vollständig gefüllte d-Bänder, die damit nicht zur Leitfähigkeit und praktisch nicht zur Reaktivität beitragen. Für Platin gilt dies z. B. nicht. Zwei d-artige Bänder kreuzen das Ferminiveau. Das führt zu einem anderen chemischen Verhalten, weshalb Platin, im Gegensatz zu Gold, auch gern als Katalysator benutzt wird. Besonders auffällig ist der Unterschied bei der Herstellung reiner Metalloberflächen im Ultrahochvakuum. Während z. B. Gold vergleichsweise leicht zu präparieren ist und nach der Präparation lange rein bleibt, bindet sich an Platin oder auch Palladium sehr schnell Kohlenstoffmonoxid.

Chemisches Verständnis von Edelmetallen

Wie schon bei den unedlen Metallen angedeutet, sind Edelmetalle und Halbedelmetalle einfach metallische Elemente (und eventuelle gewisse Legierungen, wie z.B. Edelstähle) deren Normalpotential positiv gegenüber der Wasserstoffelektrode ist, sprich von verdünnten Säuren nicht angegriffen werden. Die Elemente die in Betracht kommen sind somit, sortiert nach ihrem Normalpotential gegenüber der H-Elektrode in wässriger Lösung bei pH 7:

Name	Gruppe	Reaktion	Potential
Gold	Ib/6	Au → Au3+	1.498 V
Platin	VIIIb/6	Pt → Pt2+	1.18 V
Iridium	VIIIb/6	Ir → Ir3+	1.156 V
Palladium	VIIIb/5	Pd → Pd2+	0.987 V
Osmium	VIIIb/6	Os → Os2+	0.85 V
Silber	Ib/5	Ag → Ag+	0.799 V
Quecksilber	IIb/6	2 Hg → Hg22+	0.7973 V
Polonium	VIa/6	Po → Po2+	0.65 V
Rhodium	VIIIb/5	Rh → Rh2+	0.60 V
Ruthenium	VIIIb/5	Ru → Ru2+	0.45 V
Kupfer	Ib/4	Cu → Cu2+	0.337 V
Bismut	Va/6	Bi → Bi3+	0.32 V
Technetium	VIIb/5	Tc → Tc4+	0.272 V
Rhenium	VIIb/6	Re → Re4+	0.259 V
Antimon	Va/5	Sb → Sb3+	0.152 V

Antimon zählt als Halbmetall nicht dazu und bei Polonium ist es wahrscheinlich seine starke Radioaktivität und makroskopische Unverfügbarkeit (vor dem Bau von Kernreaktoren), wegen der man es klassisch nicht als Edelmetall angesehen hatte -- heutzutage ist es aber in Gramm-Mengen verfügbar. Die Unterteilung, sprich Potentialgrenze, dieser Elemente in Edelmetalle und Halbedelmetalle ist ziemlich willkürlich und wird nicht einheitlich gehandhabt. Sie wird aber meistens zwischen Kupfer und Ruthenium gezogen , da letztere prinzipiell durch feuchte Luft aufgrund der Redoxreaktion O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ ⇄ 4 OH⁻(aq) mit einem Normalpotential von +0.4 V angegriffen werden können.

Umgangssprachlicher Gebrauch

Im Sprachgebrauch von Sportreportagen, vor allem über Medaillen während der Olympischen Spiele, wird fälschlicherweise auch die Bronze zu den Edelmetallen gezählt.

Siehe auch

Redoxreihe| Unedle Metalle| Edelmetall-Scheidung

Weblinks

Wiktionary: Edelmetall – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Welche Bänder das Fermi-Niveau kreuzen, kann man sich auf der Seite The Fermi Surface Database anschauen.
• Edelmetall-Übersicht
• Edelmetalle.eu - Unabhängiges Portal mit grundlegenden Informationen zu Edelmetallen.

FRAGE: Nenne die Metalle der Seltenen Erden

Metalle der Seltenen Erden

Zu den Metallen der Seltenen Erden gehören die chemischen Elemente der 3. Gruppe des Periodensystems (mit Ausnahme des Actiniums) und die Lanthanoide – insgesamt also 17 Elemente. Nach den Definitionen der anorganischen Nomenklatur heißt diese Gruppe chemisch ähnlicher Elemente Seltenerdmetalle.

Dies sind die Elemente Scandium (Ordnungszahl 21), Yttrium (39) und Lanthan (57) sowie die 14 auf das Lanthan folgenden Elemente, die Lanthanoide: Cer (58), Praseodym (59), Neodym (60), Promethium (61), Samarium (62), Europium (63), Gadolinium (64), Terbium (65), Dysprosium (66), Holmium (67), Erbium (68), Thulium (69), Ytterbium (70) und Lutetium (71).

Bezeichnung

Die oft verwendete abgekürzte Bezeichnung Seltene Erden statt Metalle der Seltenen Erden ist missverständlich. Der Name der Gruppe stammt aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente und beruht auf der Tatsache, dass sie zuerst in seltenen Mineralien gefunden und aus diesen in Form ihrer Oxide (früher „Erden“ genannt) isoliert wurden. Nur Promethium, ein kurzlebiges radioaktives Element, ist in der Erdkruste wirklich selten. Einige der Metalle der Seltenen Erden (Cer, Yttrium und Neodym) kommen in der Erdkruste häufiger vor als beispielsweise Blei, Molybdän oder Arsen. Thulium, das seltenste stabile Element der Seltenen Erden, ist immer noch häufiger vorhanden als Gold oder Platin.

Die Bezeichnung Metalle der Seltenen Erden ist insofern berechtigt, als größere Lagerstätten von geeigneten Mineralien tatsächlich selten sind. Die Elemente kommen zumeist nur jeweils in kleinen Mengen, in sehr vielen, weit verstreut lagernden Mineralien sowie als Beimischungen in anderen Mineralien vor. Ein Großteil der industriellen Gewinnung von Seltenerdmetallen geschieht daher als Nebenprodukt durch die chemische Aufbereitung bei der Gewinnung anderer, stärker konzentriert vorliegender Metalle aus deren Erzen.

Chemische Eigenschaften

Die Ähnlichkeit der chemischen Eigenschaften der Seltenerd-Metalle macht ihre Trennung aufwändig und kostspielig. Oft genügt es, preiswertes Mischmetall einzusetzen. Es ist eine Mischung aus Seltenerd-Metallen, die bei der Aufbereitung von Seltenerd-Erzen, zum Beispiel Monazit, anfällt.

Physikalische Eigenschaften

Von besonderem Interesse sind die spektroskopischen Eigenschaften Seltener Erden. So weisen sie im Festkörper, im Gegensatz beispielsweise zu Halbleitern, ein diskretes Energiespektrum auf. Dies liegt an der besonderen Struktur der Elektronenhülle. Optische Übergänge finden innerhalb der 4f-Schale statt, welche durch die größeren besetzten 5s-, 5p- und 6s-Schalen nach außen hin abgeschirmt ist. Eine Bandstruktur kann sich aufgrund dieser Abschirmung für die f-Orbitale nicht ausbilden. Die Absorptionslinien sind, aufgrund der für die einzelnen Ionen der Elemente unterschiedlichen elektronischen Umgebung im Kristall (Kristallfeld) ausgesetzt. Die inhomogene Linienbreite reicht, je nach Kristall, von einigen hundert Gigahertz bis zu etwa zehn Gigahertz.

Im atomaren Zustand sind die meisten dieser Übergänge hingegen verboten. Im Festkörper hebt das Kristallfeld durch andere Übergänge diese atomaren Verbote jedoch zu einem gewissen Grad auf. Die Übergangswahrscheinlichkeiten sind dennoch gering.

FRAGE: Nenne die Metalle der Seltenen Erden

Metalle der Seltenen Erden

Scandium, Yttrium, Lanthan,sowie die 14 auf das Lanthan folgenden Elemente, die Lanthanoide: Cer, Praseodym, Neodym, Promethium , Samarium , Europium, Gadolinium , Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium.

1 H

2 He

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

55 Cs

56 Ba

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

87 Fr

88 Ra

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

103 Lr

104 Rf

105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

109 Mt

110 Ds

111 Rg

112 Cn

113 Nh

114 Fl

115 Mc

116 Lv

117 Ts

118 Og

Geschichte

Im Jahr 1787 entdeckte Carl Axel Arrhenius, ein Leutnant der schwedischen Armee, ein ungewöhnliches Exemplar schwarzen Erzes nahe der Feldspatmine bei Ytterby. 1794 isolierte Johan Gadolin, ein finnischer Professor an der Universität von Åbo, ca. 38 % einer neuen, bislang nicht beschriebenen „Erde“ (Oxid). Obwohl Arrhenius das Mineral Ytterite benannt hatte, bezeichnete es Anders Gustaf Ekeberg als Gadolinit. Kurz darauf, im Jahre 1803, isolierten der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth sowie Jöns Jakob Berzelius und Wilhelm von Hisinger in Schweden unabhängig voneinander eine ähnliche „Erde“ aus einem Erz, das 1751 Axel Frederic Cronstedt in einer Mine nahe Bastnäs in Schweden gefunden hatte. Dieses Mineral wurde Cerit und das Metall Cer benannt, nach dem damals gerade entdeckten Planetoiden Ceres.

Carl Gustav Mosander, ein schwedischer Chirurg, Chemiker und Mineraloge, führte zwischen 1839 und 1841 Versuche zur thermischen Zersetzung einer Probe aus Nitrat, die aus Cerit gewonnen war, durch. Er laugte das Produkt mit verdünnter Salpetersäure aus, identifizierte das unlösliche Produkt als Ceroxid und gewann schließlich zwei neue „Erden“ aus der Lösung, Lanthana (zu verstecken) und Didymia (Zwillingsbruder von Lanthana). Auf ähnliche Weise isolierte Mosander 1843 drei oxidische Fraktionen aus dem ursprünglichen Yttriumoxid: Eine weiße (Yttriumoxid), eine gelbe (Erbiumoxid) und eine rosa (alt: Terbiumoxid).

Diese Beobachtungen führten zu einer Periode intensiver Erforschung sowohl von Ceroxid als auch von Yttriumoxid bis gut in die 1900er Jahre hinein, an der bedeutende Forscher der damaligen Zeit beteiligt waren. Es gab Doppelarbeit, ungenaue Berichte, zweifelhafte Entdeckungsansprüche und unzählige Beispiele von Verwirrung aufgrund mangelnder Kommunikationsmöglichkeiten und fehlender Charakterisierungs- und Trennmethoden. Angesichts der vorhandenen Methoden kann jedoch nur Bewunderung über den damaligen Einfallsreichtum und die Ausdauer der Wissenschaftler aufkommen.

Jahr	Element/Mineral	Entdecker	Namensgebung
1784	Yttriumoxid	C. A. Arrhenius	Ort: Ytterby
1794	Gadolinit	Gadolin	Person: Johan Gadolin
1751	Cerit	Cronstedt	Planetoid: Ceres
1804	Cer	Berzelius Hisinger	Planetoid: Ceres
1839	Samarskit	Klaproth G. Rose	Person: Oberst Samarsky
1839	Lanthan	Mosander	Eigenschaft: Versteckt sein
1842	Didym	Mosander	Eigenschaft: Zwillinge
1843	Erbium (ab 1864 bekannt als Terbium)	Mosander	Ort: Ytterby
1843	Terbium (ab 1864 bekannt als Erbium)	Mosander	Ort: Ytterby
1878	Ytterbium	Marignac	Eigenschaft: Zwischen Erbium und Yttrium
1879	Samarium	Boisbaudran	Mineral: Samarskit
1879	Scandium	Nilson	Ort: Skandinavien
1879	Thulium	Cleve	Ort: Skandinavien (alter Name: Thule)
1879	Holmium	Cleve	Ort: Stockholm
1886	Dysprosium	Boisbaudran	Eigenschaft: Schwer beizukommen
1886	Gadolinium	Marignac	Person: Gadolin
1886	Praseodym	Auer von Welsbach	Eigenschaft: Grüner Zwilling
1886	Neodymium	Auer von Welsbach	Eigenschaft: Neuer Zwilling
1901	Europium	Demarçay	Ort: Europa
1907	Lutetium	Urbain Auer von Welsbach	Ort: Paris (lateinisch Lutetia)
1947	Promethium	Marinsky Glendenin Coryell	Sage: Prometheus

Nach 1850 diente die neu entdeckte Spektroskopie dazu, das Vorhandensein der bekannten Elemente nachzuweisen und neue zu identifizieren. 1864 nutzte Marc Delafontaine, ein schweizerisch-amerikanischer Chemiker, die Methode, um Yttrium, Terbium und Erbium als Elemente eindeutig nachzuweisen. Er verwechselte dabei die Namen von Terbium und Erbium, die bis heute so blieben.

1885 begann Carl Auer von Welsbach mit Untersuchungen an Didym. Zum damaligen Zeitpunkt wurde bereits vermutet, dass es sich bei diesem nicht um ein einziges Element handelte. Jedoch waren die bisherigen Anstrengungen, die einzelnen Elemente zu trennen, nicht erfolgreich gewesen. Auer wandte dabei seine Methode der fraktionierten Kristallisation an, statt eine fraktionierte Fällung. Dadurch gelang ihm die Trennung des vermeintlichen Didyms in Praseodym und Neodym. 1907 veröffentlichte er Versuchsergebnisse zur Existenz von zwei Elementen in Ytterbium, die er Aldebaranium und Cassiopeium nannte. Nach dem längsten Prioritätsstreit in der Geschichte der Chemie mit dem französischen Chemiker Georges Urbain werden diese heute Ytterbium und Lutetium bezeichnet.

Mit Lutetium wurde das Kapitel der Geschichte der Entdeckung der natürlich vorkommenden Metalle der Seltenen Erden, die länger als ein Jahrhundert gedauert hatte, abgeschlossen. Auch wenn alle natürlich vorkommenden Metalle der Seltenen Erden entdeckt waren, war dies den damaligen Forschern nicht bewusst. So setzten sowohl Auer als auch Urbain ihre Arbeiten fort. Die theoretische Erklärung zur großen Ähnlichkeit der Eigenschaften der Metalle der Seltenen Erden und auch zur Maximalanzahl dieser kam erst später mit der Entwicklung der Atomtheorie. Die Ordnungszahl wurde 1912 durch van den Broek eingeführt. Henry Growyn und Henry Moseley entdeckten 1913, dass es eine mathematisch darstellbare Beziehung zwischen der Ordnungszahl eines Elementes und der Frequenz der emittierten Röntgenstrahlen an einer Antikathode des gleichen gibt. Urbain unterwarf daraufhin alle Elemente der Seltenen Erden, die in jüngster Zeit entdeckt worden waren, dem Test von Moseley und bestätigte, dass sie echte Elemente waren. Der Bereich der Elemente der seltenen Erden vom Lanthan mit der Ordnungszahl 57 bis zum Lutetium mit 71 wurde aufgestellt. Die Nummer 61 war jedoch noch nicht bekannt.

1941 bestrahlten Forscher der Universität von Ohio Praseodym, Neodym und Samarium mit Neutronen, Deuteronen und Alphapartikeln und erzeugten dadurch neue Radioaktivitäten, die höchstwahrscheinlich auf die des Elementes Nummer 61 zurückzuführen waren. Die Bildung von Element 61 wurde auch 1942 von Wu und Segre beansprucht. Der chemische Nachweis gelang 1945 am Clinton Laboratory, dem späteren Oak Ridge National Laboratory durch Marinsky, Glendenin und Coryell, die das Element durch Ionenaustauschchromatographie aus den Produkten der Kernspaltung von Uran und der Neutronen-Bombardierung von Neodym isolierten. Sie nannten das neue Element Promethium.

In den 1960er- bis 1990er-Jahren leistete Allan Roy Mackintosh entscheidende Beiträge zum atom- und festkörperphysikalischen Verständnis der Seltenen Erden.

Vorkommen

Die größten Vorkommen von Seltenen Erden befinden sich in China in der Inneren Mongolei (2,9 Millionen Tonnen). Das bislang größte bekannte Vorkommen außerhalb Chinas mit mindestens 1,4 Millionen verwertbaren Tonnen ist Mount Weld in West-Australien. Daneben gibt es große Vorkommen in Grönland mit einem Vorkommen von 2,6 Millionen Tonnen - deren Abbau wird allerdings erst erforscht. Ebenso wurden große Vorkommen in Kanada entdeckt. Bereits erschlossene Vorkommen von Seltenen Erden befinden sich außerdem in den USA (Mountain Pass Mine, Kalifornien), Indien, Brasilien und in Malaysia. Südkorea will zukünftig Seltene Erden in Kooperation mit Vietnam fördern.

Weltweiter Abbau (in Tonnen) und Verteilung der Weltreserven (2010)

Land	2006	2007	2008	2009	erkundete Reserven in Tonnen
China	119 000	120 000	120 000	120 000	36 000 000
Indien	2700	2700	2700	2700	3 100 000
Brasilien	730	730	650	650	48 000
Malaysia	200	200	380	380	30 000
GUS-Staaten	k.A.	k.A.	k.A.	k.A.	19 000 000
USA	0	0	0	0	13 000 000
Australien	0	0	0	0	5 400 000
andere	.	.	.	.	22 000 000
Gesamt (gerundet)	123 000	124 000	124 000	124 000	98 600 000

Auf dem Mond gibt es Vorkommen von sogenannten KREEP-Erzen (Kalium, Seltenen Erden (Englisch Rare Earth Elements - REE) und Phosphor), die Seltene Erden enthalten. Auch auf anderen Objekten im Weltraum, einschließlich erdnahen Objekten (NEOs), sind Metalle von Seltenen Erden vorhanden. Es gibt theoretische Überlegungen für Asteroid mining.

Verwendung

Seltene Erden werden in vielen Schlüsseltechnologien eingesetzt. Das Metall Europium wird in Röhrenbildschirmen benötigt für die Rotkomponente im RGB-Farbraum. Seltene Erden bewirken, dass magnetisiertes Eisen die magnetische Wirkung behält. Diese Neodym-Magnete werden als Dauermagnete in permanenterregten Elektromotoren verwendet und in Generatoren von Windkraftanlagen sowie im elektrischen Motoranteil von Kfz-Hybrid-Motoren eingebaut. Das Element Lanthan wiederum wird für Legierungen in Batterien benötigt. 13 Prozent der Seltenen Erdmetalle kommen für Polituren zum Einsatz. Etwa 12 Prozent werden für Spezialgläser benutzt und 8 Prozent für die Leuchtmittel der Plasma- und LCD-Bildschirme, für Energiesparlampen und Radargeräte. Damit steht dem Verbrauch von 2009 mit 124 000 Tonnen ein erwarteter Bedarf für 2012 von 189 000 Tonnen gegenüber. Seltene Erden werden zudem auch in der diagnostischen Radiologie-Medizin als Kontrastmittelbeigabe bei Kernspin-Untersuchungen (Magnetresonanztomographie) verwendet.

Weitere Beispiele gibt es in der Tabelle, unter Verwendung der Lanthanoide, oder in den Artikeln der jeweiligen Elemente.

Z	Symbol	Name	Etymologie	ausgewählte Verwendungen
21	Sc	Scandium	von lat. Scandia „Skandinavien“, wo das erste Erz entdeckt wurde.	Stadionbeleuchtung, Brennstoffzellen, Rennräder, Röntgentechnik, Laser
39	Y	Yttrium	nach dem Entdeckungsort des Seltenen-Erden-Erzes bei Ytterby, Schweden.	Energiesparlampen, LCD- und Plasmabildschirme, LEDs, Brennstoffzelle
57	La	Lanthan	von griech. lanthanein, „versteckt sein“.	Nickel-Metallhydrid-Akkus (z.B. in Elektro- und Hybridautos, Laptops), Katalysatoren, Rußpartikelfilter, Brennstoffzellen, Gläser mit hohem Brechungsindex
58	Ce	Cer	nach dem Zwergplaneten Ceres.	Auto-Katalysatoren, Rußpartikelfilter, Ultraviolettstrahlung-Schutzgläser, Poliermittel
59	Pr	Praseodym	von griech.: prásinos bedeutet „lauchgrün“, didymos „doppelt“ oder „Zwilling“.	Dauermagnete, Flugzeugmotoren, Elektromotoren, Glas- und Emaillefärbung
60	Nd	Neodym	von griech.: neos, „neu“ und didymos „doppelt“ oder „Zwilling“.	Dauermagnete (z.B. in Windkraftanlagen, Kernspintomografen, Festplatten), Glasfärbung, Laser, CD-Player
61	Pm	Promethium	von Prometheus, einem Titanen der griechischen Mythologie.	Leuchtziffern, Wärmequellen in Raumsonden und Satelliten (radioaktives Element)
62	Sm	Samarium	nach dem Mineral Samarskit, das wiederum benannt nach dem Bergingenieur W. M. Samarski.	Dauermagnete (in Diktiergeräten, Kopfhörern, Festplattenlaufwerken), Raumfahrt, Gläser, Laser, Medizin
63	Eu	Europium	neben Americium das einzige nach einem Erdteil benannte Element.	LEDs, Energiesparlampen, Plasmafernseher (roter Leuchtstoff)
64	Gd	Gadolinium	nach Johan Gadolin (1760–1852), dem Namensgeber des Gadolinits.	Kontrastmittel (Kernspintomographie), Radar-Bildschirme (grüner Leuchtstoff), AKW-Brennelemente
65	Tb	Terbium	nach dem schwedischen Fundort Ytterby.	Leuchtstoffe, Dauermagnete
66	Dy	Dysprosium	von griech. δυσπρόσιτος „unzugänglich“.	Dauermagnete (z.B. Windkraftanlagen), Leuchtstoffe, Laser, Atomreaktoren
67	Ho	Holmium	von Stockholm (lat. Holmia) oder eine Ableitung des Chemikers Holmberg.	Hochleistungsmagnete, Medizintechnik, Laser, Atomreaktoren
68	Er	Erbium	nach dem schwedischen Fundort Ytterby.	Laser (Medizin), Glasfaserkabel
69	Tm	Thulium	nach Thule, der mythischen Insel am Rande der Welt.	Energiesparlampen, Röntgentechnik, Fernsehgeräte
70	Yb	Ytterbium	nach dem schwedischen Fundort Ytterby.	Energiesparlampen, Röntgentechnik, Fernsehgeräte
71	Lu	Lutetium	nach dem römischen Namen von Paris, Lutetia.	Positronen-Emissions-Tomografen

Umweltprobleme

Weltproduktion an Seltenerd-Metallen 1950 bis 2000 (1 kt = 1000 t)

Der Abbau von Seltenen Erden, welche zum Teil selbst giftig sind, erfolgt über Säuren, mit denen die Metalle aus den Bohrlöchern gewaschen werden. Der dabei vergiftete Schlamm bleibt insbesondere in China oft zurück.

Weltmarktprobleme

Die weltweit geförderte Menge lag im Jahr 2008 bei 124.000 Tonnen. China förderte im Jahr 2006 rund 119.000 Tonnen - was fünfmal mehr war als die Menge im Jahr 1992. Es wird mit einer Steigerung auf 140.000 Tonnen binnen dreier Jahre gerechnet. Zum Vergleich: die weltweite Kupferproduktion beträgt rund 15 Millionen Tonnen pro Jahr. Der Abbau von Vorkommen von Seltenen Erden ist sehr kostenintensiv. China dominiert den Markt (2007: 95 Prozent des Weltmarkts, 2010: 97 Prozent). China drosselt die Exportmenge an Seltenen Erden. Für einige Metalle soll ein komplettes Exportverbot gelten (Yttrium, Thulium und Terbium) und für Neodym, Lanthan, Cer und Europium eine Exportquote von 35.000 Tonnen. China möchte mit dieser Politik erreichen, dass die Produktion von Schlüsseltechnologien im eigenen Land durchgeführt wird.

Im Oktober 2010 wurden die Exportbeschränkungen weiter verschärft. Für 2010 wurde eine Quote von nur noch 30.300 Tonnen festgelegt. Diese war bereits Ende August zu 94 Prozent aufgebraucht (28.500 Tonnen). Vor allem für das zweite Halbjahr wurden die Exporte massiv eingeschränkt (8000 Tonnen gegenüber 28.000 Tonnen im zweiten Halbjahr 2009). Auch die Annahme, wonach diese Politik dazu diene, westliche Produktion nach China zu verlagern, wird inzwischen angezweifelt, zumal es zunehmend Berichte westlicher Unternehmen gibt, dass ihre Werke in China gegenüber den einheimischen Unternehmen benachteiligt würden.

Kritisch ist die Situation von China und Japan, da beide Staaten Anspruch auf das erdöl- und erdgasreiche Gebiet der Senkaku-Inseln erheben. Nach der Verhaftung des Kapitäns eines chinesischen Fischkutters, der ein Boot der japanischen Küstenwache gerammt hatte, kam es zu einer Blockierung der Lieferungen von Seltenerdmetallen nach Japan, die erst endete, nachdem der Kapitän aus der Haft entlassen und nach China ausgeflogen worden war. Japanische Unternehmen treffen inzwischen Vorsorgemaßnahmen. So hat Toyota eine eigene Arbeitsgruppe gebildet, die die Versorgung mit Seltenerdmetallen sicherstellen soll. Auch das japanische Ministerium für Handel und Wirtschaft hat sich inzwischen des Problems angenommen und versucht anhand einer Unternehmensbefragung einen Überblick über die Lage zu gewinnen.

Nach Angaben von Geologen liegen vor allem auf Grönland und Kanada weitere potentielle Abbaugebiete; so könne ein Areal im grönländischen Kvanefjeld bis zu 100.000 Tonnen Seltene Erden pro Jahr abwerfen, die der Menge der derzeitigen Gesamtproduktion Chinas von 130.000 Tonnen pro Jahr nahe käme. Der Abbau in Grönland könne jedoch frühestens im Jahre 2015 beginnen. Befürchtungen besonders in Kreisen der deutschen Industrie, wonach die Belieferung mit Seltenen Erden wegen der chinesischen Exportpolitik in Zukunft zu Engpässen führen könnte, haben sich allerdings entspannt, seitdem Bergbaukonzerne neue Förderungen Seltener Erden in verschiedenen Erdteilen angekündigt und dafür teilweise stillgelegte Minen wieder reaktiviert haben. Um 2015, so wird neuerdings (2010) erwartet, dürfte sich die Knappheit an Seltenen Erden wieder legen.

Im Jahre 2010 wurden 95 Prozent der Seltenen Erden in China gefördert, allerdings waren bis in die 1990er Jahre hinein die USA das Hauptförderland. Wegen der niedrigen Kosten in China wurde die Förderung in den USA unrentabel. Wegen der begrenzenden Maßnahmen Chinas will das Bergbauunternehmen Molycorp Minerals den Abbau in den USA wieder aufnehmen. Jedoch fehlen US-Unternehmen inzwischen auch Förderpatente.

Im Streit um eine im Januar 2011 geplante Erhöhung der Ausfuhrzölle für seltene Erden kündigten die USA im Dezember 2010 an, die Volksrepublik China notfalls vor der WTO zu verklagen.

Literatur

• C. S. Reiners: Was ist das Seltene an den Seltenen Erden? Eine chemiedidaktische Reflexion. In: Chemie in unserer Zeit, 2001, 35, S. 110–115; doi:10.1002/1521-3781(200104)35:2<110::AID-CIUZ110>3.0.CO;2-T.
• C. Borger: Alternative Methoden in der Schweinemast: Untersuchungen zum leistungssteigernden Potential Seltener Erden und zur Jodanreicherung im Gewebe durch die Verfütterung von Meeresalgen.
• Paul Henderson: Rare earth element geochemistry. Elsevier, Amsterdam 1989, ISBN 0-444-42148-3.
• Keith N. Delfrey: Rare earths - research and applications. Nova Science, New York 2008, ISBN 1-604-56218-8.
• Karl A. Gschneidner, et al.: Handbook on the physics and chemistry of rare earths. Elsevier, Amsterdam 2010, ISBN 978-0-444-53220-6.

Weblinks

• James B. Hedrick: Rare-earth Metals (PDF-Datei; 91 kB)
• Thum, W.: Die Entdeckung der Seltenerdmetalle, Eine unter didaktischen Gesichtspunkten erstellte Zusammenfassung für den Unterricht. (chemie-master.de)
• Tagesschau: Warum Seltene Erden so wichtig sind
• Deutscher Bundestag-Wissenschaftliche Dienste: Der Aktuelle Begriff: Seltene Erden (PDF-Datei; 63 kB)

FRAGE: Nenne die Platinmetalle

Platinmetalle

Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin

Nicht verwechelsn: die Platingruppe = Nickelgruppe

Gruppe	8	9	10
Periode
5	44 Ru	45 Rh	46 Pd
6	76 Os	77 Ir	78 Pt

Als Platinmetalle oder Platinoide werden die Elemente der Gruppen 8 bis 10 der 5. Periode (die „leichten Platinmetalle“: Ruthenium, Rhodium, Palladium) und der 6. Periode (die „schweren Platinmetalle“: Osmium, Iridium, Platin) bezeichnet. Alle Platinmetalle sind Edelmetalle, haben hohe Dichten und ähnliche chemische Eigenschaften; sie fallen bei der Nickel- und Kupferherstellung als Nebenprodukt an.

Dagegen ist die Platingruppe die 10. Gruppe des Periodensystems der Elemente mit den Elementen Nickel, Palladium und Platin.

Siehe auch

• Eisen-Platin-Gruppe
• Platinmetalle/Tabellen und Grafiken

FRAGE: Nenne die Planetenmetalle

Planetenmetalle

Gold, Silber, Quecksilber, Kupfer, Eisen, Zinn, Blei

Unter Planetenmetallen versteht man diejenigen Metalle, die im Altertum den damals bekannten Planeten zugeordnet wurden.

Etwa im 9. bis 7. Jahrhundert vor Christus wurde jedem der sieben mit bloßem Auge sichtbaren Wandelsterne des geozentrischen Weltbildes eines der damals bekannten Metalle zugeordnet. Diese sollten die charakteristischen Eigenschaften der jeweiligen Planetengottheit widerspiegeln; beispielsweise das Waffenmetall Eisen den Kriegsgott Ares beziehungsweise Mars, oder das Spiegelmetall Kupfer die Liebes- und Schönheitsgöttin Venus.

Planet/Gottheit	Metall		Unicode
Sonne	Gold		U+2609 ☉
Mond	Silber		U+263E ☾
Merkur	Quecksilber		U+263F ☿
Venus	Kupfer		U+2640 ♀
Mars	Eisen		U+2642 ♂
Jupiter	Zinn		U+2643 ♃
Saturn	Blei		U+2644 ♄

Jedem bekannten Metall ordneten die Alchemisten ein Elementsymbol zu.

Diese Planetenmetalle behielten ihre Bedeutung bis in die frühe Neuzeit und waren ein wichtiger Bestandteil alchemistischer und astrologischer Lehren. In der dadurch beeinflussten Paracelsusmedizin etwa spielten sie eine wesentliche Rolle. Noch heute werden die Planetenmetalle, homöopathisch dosiert, in der anthroposophischen Medizin verwendet. Im Rahmen siebentägiger "Metallkuren" soll dabei gleichzeitig die Verbindung zwischen Planetengottheiten und den diesen zugeordneten Wochentagen hergestellt werden.

Gruppen des Periodensystems

• Alkalimetalle
• Erdalkalimetalle
• Scandiumgruppe
• Titangruppe
• Vanadiumgruppe
• Chromgruppe
• Mangangruppe
• Eisengruppe
• Cobaltgruppe
• Nickelgruppe
• Kupfergruppe
• Zinkgruppe
• Borgruppe
• Kohlenstoffgruppe
• Stickstoffgruppe
• Chalkogene
• Halogene
• Edelgase
• Lanthanoide
• Actinoide

FRAGE: Nenne die Nebengruppen

Nebengruppe des Periodensystems sind:

• Gruppe 3: Scandiumgruppe
• Gruppe 4: Titangruppe
• Gruppe 5: Vanadiumgruppe
• Gruppe 6: Chromgruppe
• Gruppe 7: Mangangruppe
• Gruppe 8: Eisengruppe
• Gruppe 9: Kobaltgruppe
• Gruppe 10: Nickelgruppe
• Gruppe 11: Kupfergruppe
• Gruppe 12: Zinkgruppe

FRAGE: Nenne die Transurane

Transurane

Neptunium, Plutonium, Americium, Curium, Berkelium, Californium, Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium sowie alle weiteren schwereren Elemente (Transactinoide)

Die Transurane sind die Elemente mit einer höheren Ordnungszahl als Uran.

Eigenschaften

Alle Transurane sind radioaktiv mit Halbwertszeiten zwischen einigen 10.000.000 Jahren (selten, z. B. Plutonium-244) über Minuten bis zu Bruchteilen einer Sekunde (häufig). Einige Isotope der leichteren Transurane von Neptunium bis Curium haben Halbwertszeiten von einigen Jahrmillionen, Jahrtausenden oder Jahrhunderten. Sie entstehen in Kernreaktoren und machen einen Teil der langlebigen radioaktiven Abfälle aus.

Nach dem Uran mit der Ordnungszahl 92 beginnt die Reihe der Transurane mit dem Neptunium (Element 93). Neben dem für die Kernspaltung bedeutenden Element Plutonium (94) gehören auch Americium (95), Curium (96), Berkelium (97), Californium (98), Einsteinium (99), Fermium (100), Mendelevium (101), Nobelium (102) und Lawrencium (103) sowie alle weiteren schwereren Elemente (Transactinoide) zu den Transuranen.

Die hier namentlich genannten Transurane wurden in der Arbeitsgruppe um Glenn Theodore Seaborg hergestellt und charakterisiert; Seaborg erhielt dafür 1951 den Nobelpreis für Chemie.

Bis einschließlich des Elements 103, des Lawrenciums, gehören sie zusammen mit Thorium (90), Protactinium (91) und Uran (92) zur Gruppe der Actinoide.

Vorkommen und Gewinnung

Beim Abbrand eines schwach angereicherten Brennelementes (links) sinkt der Anteil an ²³⁸U, daraus entstehen auch Transurane

Aufgrund der geologisch gesehen kurzen Halbwertszeiten kommen Transurane in der Natur nicht oder nur in Spuren vor, die durch Neutroneneinfang und nachfolgenden Betazerfall des Urans entstehen, z. B.:

$\mathrm {^{238}_{\ 92}U\ +\ _{0}^{1}n\ \longrightarrow \ _{\ 92}^{239}U\ {\xrightarrow[{23,5\ min}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 93}^{239}Np\ {\xrightarrow[{2,3565\ d}]{\beta ^{-}}}\ _{\ 94}^{239}Pu}$

Die angegebenen Zeiten sind Halbwertszeiten.

Einzige Ausnahme bildet das Plutonium ²⁴⁴Pu, das noch aus der Entstehungszeit des Sonnensystems stammt.

Transurane lassen sich technisch aus Uran oder anderen Elementen mit hoher Ordnungszahl herstellen. Dazu werden solche Atomkerne mit Neutronen oder anderen Atomkernen beschossen; dabei auftretende Kernverschmelzungen ergeben Transurane.

Ursprüngliche Bedeutung des Wortes

Ursprünglich war Transuran eine kürzere Bezeichnung für ein künstliches superschweres Element. Das in winzigsten Spuren vorkommende Plutonium-244 aus der Entstehungszeit des Sonnensystems wurde erst 1971, lange nach der Prägung des Begriffes „Transuran“, entdeckt. In der ursprünglichen Bedeutung müsste man daher heute von „Transplutonium-Elementen“ sprechen.

Literatur

• Arnold F. Holleman, Nils Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
• Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger: The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, Dordrecht 2006, ISBN 1-4020-3555-1.
• Glenn T. Seaborg: Transuranium elements: A half century; Literaturinformation; PDF

Siehe auch

• Periodensystem
• Liste der Isotope
• Nuklidkarte