Übergangsmetalle

Was ein Übergangsmetall ausmacht

Die Übergangsmetalle besetzen die Gruppen 3 bis 12, den breiten Mittelblock des Periodensystems. Geht man eine Periode entlang, kommt bei jedem Element ein Elektron in einer inneren d-Unterschale hinzu statt in der Außenschale. Diese innere Auffüllung gab dem Block seinen Namen: Sie markiert den Übergang zwischen den reaktiven Metallen des s-Blocks links und dem p-Block rechts.

Weil die d-Elektronen energetisch nah an den äußeren liegen, können viele Übergangsmetalle unterschiedlich viele Elektronen abgeben. Eisen bildet sowohl zweifach als auch dreifach positive Ionen; Mangan hat stabile Oxidationsstufen von +2 bis +7. Diese Vielseitigkeit bestimmt einen Großteil ihrer Chemie.

Warum ihre Verbindungen so farbig sind

Binden sich andere Atome an ein Übergangsmetall-Ion, spalten sie die Energien seiner d-Orbitale auf. Elektronen können dann zwischen ihnen springen, indem sie bestimmte Farben des sichtbaren Lichts absorbieren – und wir sehen die Farben, die übrig bleiben. Deshalb ist Kupfersulfat blau, Kaliumpermanganat tiefviolett, und Chromverbindungen sind gelb, orange oder grün. Auch die Farben von Rubinen, Smaragden und Saphiren gehen auf Spuren von Übergangsmetallen zurück.

Katalysatoren, die die Industrie antreiben

Weil sie ihre Oxidationsstufe wechseln und andere Moleküle an ihrer Oberfläche binden können, sind Übergangsmetalle hervorragende Katalysatoren. Sie beschleunigen Reaktionen, ohne selbst verbraucht zu werden.

• Eisen: das Haber-Bosch-Verfahren, das Ammoniak für Dünger liefert und etwa die Hälfte der Weltbevölkerung ernährt
• Platin, Palladium und Rhodium: Abgaskatalysatoren in Autos
• Nickel: die Härtung (Hydrierung) von Pflanzenölen
• Vanadium: das Kontaktverfahren zur Herstellung von Schwefelsäure

Rekordhalter

Unter den Übergangsmetallen finden sich die Extreme der Metallwelt. Wolfram hat mit 3.422 °C den höchsten Schmelzpunkt aller Metalle. Osmium ist das dichteste natürlich vorkommende Element, dicht gefolgt von Iridium. Silber leitet Elektrizität und Wärme besser als jedes andere Element. Quecksilber am anderen Ende der Skala ist das einzige Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist.

Die Metalle der Zivilisation

Gold, Silber und Kupfer gehörten zu den ersten Metallen, die Menschen nutzten, und Bronzezeit wie Eisenzeit sind nach Technologien mit Übergangsmetallen benannt. Stahl, eine Legierung aus Eisen mit geringen Mengen Kohlenstoff und oft Chrom, Nickel oder Vanadium, ist bis heute das Rückgrat von Gebäuden, Brücken und Maschinen. Titan macht Flugzeuge und medizinische Implantate leicht und stabil, und Zink schützt Stahl durch Verzinken vor Rost.