Hermann Sicius Mangangruppe: Elemente der siebten Nebengruppe Eine Reise durch das Periodensystem
essentials
essentials liefern aktuelles Wissen in konzentrierter Form. Die Essenz dessen, worauf es als State-of-the-Art in der gegenwärtigen Fachdiskussion oder in der Praxis ankommt. essentials informieren schnell, unkompliziert und verständlich als Einführung in ein aktuelles Thema aus Ihrem Fachgebiet als Einstieg in ein für Sie noch unbekanntes Themenfeld als Einblick, um zum Thema mitreden zu können Die Bücher in elektronischer und gedruckter Form bringen das Expertenwissen von Springer-Fachautoren kompakt zur Darstellung. Sie sind besonders für die Nutzung als ebook auf Tablet-PCs, ebook-readern und Smartphones geeignet. essentials: Wissensbausteine aus den Wirtschafts-, Sozial- und Geisteswissenschaften, aus Technik und Naturwissenschaften sowie aus Medizin, Psychologie und Gesundheitsberufen. Von renommierten Autoren aller Springer-Verlagsmarken. Weitere Bände in dieser Reihe http://www.springer.com/series/13088
Hermann Sicius Mangangruppe: Elemente der siebten Nebengruppe Eine Reise durch das Periodensystem
Dr. Hermann Sicius Dormagen, Deutschland ISSN 2197-6708 essentials ISBN 978-3-658-14791-4 DOI 10.1007/978-3-658-14792-1 ISSN 2197-6716 (electronic) ISBN 978-3-658-14792-1 (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. Springer Spektrum Springer Fachmedien Wiesbaden 2016 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Spektrum ist Teil von Springer Nature Die eingetragene Gesellschaft ist Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Dieses Buch ist gewidmet: Susanne Petra Sicius-Hahn Elisa Johanna Hahn Fabian Philipp Hahn Dr Gisela Sicius-Abel Emma Johanna Glombitza Johannes Stanislaus Glombitza
Was Sie in diesem essential finden können Eine umfassende Beschreibung von Herstellung, Eigenschaften und Verbindungen der Elemente der siebten Nebengruppe Aktuelle und zukünftige Anwendungen Ausführliche Charakterisierung der einzelnen Elemente VII
Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung... 1 2 Vorkommen... 3 3 Herstellung... 5 4 Eigenschaften... 7 4.1 Physikalische Eigenschaften... 7 4.2 Chemische Eigenschaften... 7 5 Einzeldarstellungen... 9 5.1 Mangan... 9 5.2 Technetium... 22 5.3 Rhenium... 31 5.4 Bohrium... 39 Literatur... 43 IX
Einleitung 1 Willkommen bei den Elementen der siebten Nebengruppe (Mangan, Technetium, Rhenium und Bohrium), die zueinander physikalisch und chemisch relativ ähnlich sind. Bei Technetium und Rhenium zeigen sich zwar noch Wirkungen der Lanthanoidenkontraktion; jedoch erfolgt dies nicht mehr so stark wie bei den Elementen der vierten bis sechsten Nebengruppe. In den jeweiligen physikalischen Eigenschaften unterscheiden sich Technetium und Rhenium schon spürbar, wenngleich das Technetium dem Rhenium wesentlich näher steht als dem Mangan. Die Elemente dieser Gruppe können maximal sieben äußere Valenzelektronen (jeweils zwei s- und fünf d-elektronen) abgeben, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen. Bei Chrom ist die Oxidationsstufe +2 die stabilste, bei Technetium und Rhenium sind es die Stufen +4 und +7. Die Entdeckung des Mangans erfolgte gegen Ende des 18. Jahrhunderts, die des Rheniums Mitte der 1920er Jahre, die des Technetiums 1937, und die ersten Isotope des Bohriums wurden vor ca. 35 Jahren (1981) erzeugt. Sie finden alle Elemente im unten stehenden Periodensystem in Gruppe N 7. Elemente werden eingeteilt in Metalle (z. B. Natrium, Calcium, Eisen, Zink), Halbmetalle wie Arsen, Selen, Tellur sowie Nichtmetalle wie beispielsweise Sauerstoff, Chlor, Jod oder Neon. Die meisten Elemente können sich untereinander verbinden und bilden chemische Verbindungen; so wird z. B. aus Natrium und Chlor die chemische Verbindung Natriumchlorid, also Kochsalz). Einschließlich der natürlich vorkommenden sowie der bis in die jüngste Zeit hinein künstlich erzeugten Elemente nimmt das aktuelle Periodensystem der Elemente (Abb. 1.1) bis zu 118 Elemente auf, von denen zurzeit noch vier Positionen unbesetzt sind. Springer Fachmedien Wiesbaden 2016 H. Sicius, Mangangruppe: Elemente der siebten Nebengruppe, essentials, DOI 10.1007/978-3-658-14792-1_1 1
2 1 Einleitung H1 H2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 N10 N1 N2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 1 H 3 Li 4 Be 2 He 6 8 10 5 B C 7 N O 9 F 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 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 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 Ds 111 Rg 112 Cn 113 Uut 114 Fl 115 Uup 116 Lv 117 Uus Uuo 118 Ln > 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 An > 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 Radioaktive Elemente Halbmetalle H: Hauptgruppen N: Nebengruppen Abb. 1.1 Periodensystem der Elemente Die Einzeldarstellungen der insgesamt vier Vertreter der Gruppe der Elemente der siebten Nebengruppe enthalten dabei alle wichtigen Informationen über das jeweilige Element, sodass ich hier nur eine sehr kurze Einleitung vorangestellt habe.
Vorkommen 2 Mangan ist in der Erdhülle mit einem relativ hohen Anteil von 850 ppm vertreten, wogegen Rhenium mit einem Anteil von 0,001 ppm (!) äußerst selten vorkommt. Technetium und Bohrium sind beide nur durch künstliche Kernreaktionen erhältlich. Technetium erzeugt man in größerem Maßstab in Kernreaktoren, wogegen Bohrium nur durch Kernfusion und dann in Mengen weniger Atome erhältlich ist. Springer Fachmedien Wiesbaden 2016 H. Sicius, Mangangruppe: Elemente der siebten Nebengruppe, essentials, DOI 10.1007/978-3-658-14792-1_2 3
Herstellung 3 Mangan gewinnt man entweder durch Elektrolyse seiner Salzlösungen oder aluminothermisch aus Braunstein, Technetium und Rhenium bevorzugt durch Reduktion der Pertechnetate bzw. Perrhenate mit Wasserstoff. Rhenium zeigt dabei Parallelen zum Wolfram, das man ebenfalls auf diese Weise erzeugt. Springer Fachmedien Wiesbaden 2016 H. Sicius, Mangangruppe: Elemente der siebten Nebengruppe, essentials, DOI 10.1007/978-3-658-14792-1_3 5