Nebengruppenelemente

Unter der Bezeichnung Nebengruppenelemente werden verschiedene Elemente zusammengefasst, die sich nur wenig in ihren Eigenschaften unterscheiden. Alle Nebengruppenelemente sind Metalle mit den dafür typischen Eigenschaften. Außerdem besitzen fast alle Nebengruppenelemente (außer die III. NG) in ihren Verbindungen mehrere Oxidationszahlen bzw. können Ionen mit unterschiedlicher Anzahl an positiven Ladungen bilden. Deshalb existieren beispielsweise unterschiedliche Oxide$\text{ (z}\text{. B}\text{. von Eisen: FeO}{\text{, Fe}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{3}}{\text{, Fe}}_{\text{3}}{\text{O}}_{\text{4}}\text{)}$.

Um einen Überblick zu erhalten, muss man sich noch einmal kurz mit dem Aufbau des Periodensystems und der Anordnung der Elemente befassen. In Abhängigkeit vom Bau ihrer Atome erhalten alle Elemente eine Ordnungszahl und sind nach aufsteigenden Ordnungszahlen im Periodensystem der Elemente in Perioden und in Gruppen eingeordnet. Die Ordnungszahl entspricht dabei der Gesamtzahl der Elektronen bzw. Protonen des Atoms, die Periodennummer der Anzahl der besetzten Elektronenschalen (Räume der Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen eines bestimmten Energieniveaus). Dabei kann jede Schale maximal $2n^2$Elektronen aufnehmen, wobei n der Periodennummer entspricht. Das bedeutet, dass die erste Elektronenschale mit 2 Elektronen voll besetzt ist, die zweite mit 8 Elektronen, die dritte mit 18 usw.

Die Gruppennummer sagt etwas über die Verteilung der Elektronen in der Atomhülle aus. Bei Hauptgruppenelementen stimmt die Hauptgruppennummer mit der Anzahl der Außenelektronen überein. Bis zu den Elementen mit der Ordnungszahl 20 ist es daher ganz einfach, die Verteilung der Elektronen in der Elektronenhülle abzulesen.

Eigentlich wäre zu erwarten, dass sich beim auf Calcium (Ordnungszahl 20) folgenden Element Scandium (Ordnungszahl 21) das 21. Elektron ebenfalls in der vierten Elektronenschale (N-Schale) aufhält. Aus energetischen Gründen befindet es sich aber als neuntes Elektron in der dritten Elektronenschale (M-Schale).
Bei allen auf Calcium folgenden Elementen bis einschließlich Zink (Ordnungszahl 30) wird schrittweise die innere Elektronenschale (M-Schale) aufgefüllt. Erst wenn sie mit 18 Elektronen maximal besetzt ist, erfolgt eine weitere Aufnahme der Elektronen in die vierte Elektronenschale. Bei den Elementen der Ordnungszahlen 21 bis 30 werden also „nachträglich“ Elektronenschalen auf sogenannten inneren Niveaus aufgefüllt. Solche Elemente, bei denen „Innenschalen“ nachträglich aufgefüllt werden, gehören zu den Nebengruppenelementen. Dies trifft ebenfalls auf die Elemente der Ordnungszahlen 39 bis 48, 57 bis 80 und alle Elemente ab der Ordnungszahl 89 zu.

Verschiedene Gruppen der Nebengruppenelemente

Dadurch, dass sich der Atombau in der Besetzung der inneren Niveaus unterscheidet, sind die Eigenschaften der Nebengruppenmetalle zwar ähnlich, aber nicht identisch. Aus historischen Gründen unterteilt man sie in acht Nebengruppen .

1. Nebengruppe (Kupfergruppe: Cu, Ag, Au)
2. Nebengruppe (Zinkgruppe: Zn, Cd, Hg,)
3. Nebengruppe (Scandiumgruppe: Sc, Y, La, Ac)
4. Nebengruppe (Titangruppe: Ti, Zr, Hf)
5. Nebengruppe (Vanadiumgruppe: V, Nb, Ta)
6. Nebengruppe (Chromgruppe: Cr, Mo, W)
7. Nebengruppe (Mangangruppe: Mn, Tc, Re)
8. Nebengruppe (Eisengruppe: Fe, Co, Ni; leichte Platinmetalle: Ru, Rh, Pd; schwere Platinmetalle: Os, Ir, Pt)
   

In der 6. Periode kommen die sogenannten Lanthanoide dazu (Elemente der Ordnungszahlen 58 bis 71). Die Elemente vom Cer bis zum Lutetium werden aufgrund sehr ähnlicher Eigenschaften zusammengefasst ebenso wie die Actinoide (Elemente der Ordnungszahlen 90 bis 103) in der 7. Periode.

Das gemeinsame Merkmal im Bau der Atome dieser Elemente besteht darin, dass in ihren Atomhüllen noch weiter „innen liegende Unterschalen“ nachträglich aufgefüllt werden, bei den Lanthanoiden (6. Periode) die der 4. Elektronenschale und bei den Actinoiden (7. Periode) die der 5. Elektronenschale.