Übergangsmetallfarben in wässriger Lösung

Die Übergangsmetalle bilden in wässriger Lösung gefärbte Ionen, Komplexe und Verbindungen. Die charakteristischen Farben sind hilfreich bei der Durchführung einer qualitativen Analyse zur Identifizierung der Zusammensetzung einer Probe. Die Farben reflektieren auch die interessante Chemie, die in Übergangsmetallen vorkommt.

Übergangsmetalle und farbige Komplexe

Ein Übergangsmetall ist eines, das stabile Ionen bildet, die unvollständig gefüllt sind d Orbitale. Nach dieser Definition sind technisch nicht alle d-Blockelemente des Periodensystems Übergangsmetalle. Beispielsweise sind Zink und Scandium nach dieser Definition keine Übergangsmetalle, da Zn²⁺ hat ein volles d Niveau, während Sc³⁺ hat keine d Elektronen.

Ein typisches Übergangsmetall weist mehr als eine mögliche Oxidationsstufe auf, da es ein teilweise gefülltes d-Orbital aufweist. Wenn sich Übergangsmetalle an eine oder mehrere neutrale oder negativ geladene Nichtmetallspezies (Liganden) binden, bilden sie sogenannte Übergangsmetallkomplexe. Eine andere Art, ein komplexes Ion zu betrachten, ist eine chemische Spezies mit einem Metallion im Zentrum und anderen Ionen oder Molekülen, die es umgeben. Der Ligand bindet durch dativische kovalente oder koordinative Bindung an das Zentralion. Beispiele für übliche Liganden sind Wasser, Chloridionen und Ammoniak.

Energielücke

Wenn sich ein Komplex bildet, ändert sich die Form des d-Orbitals, weil einige näher am Liganden liegen als andere: Einige d-Orbitale wechseln in einen höheren Energiezustand als zuvor, während andere in einen niedrigeren Energiezustand wechseln. Dies bildet eine Energielücke. Elektronen können ein Photon des Lichts absorbieren und sich von einem Zustand niedrigerer Energie in einen höheren Zustand bewegen. Die Wellenlänge des absorbierten Photons hängt von der Größe der Energielücke ab. (Dies ist der Grund, warum das Aufspalten von s- und p-Orbitalen während des Auftretens keine farbigen Komplexe erzeugt. Diese Lücken würden ultraviolettes Licht absorbieren und die Farbe im sichtbaren Spektrum nicht beeinträchtigen.)

Nicht absorbierte Lichtwellenlängen durchlaufen einen Komplex. Ein Teil des Lichts wird auch von einem Molekül reflektiert. Die Kombination von Absorption, Reflexion und Transmission führt zu den offensichtlichen Farben der Komplexe.

Übergangsmetalle können mehr als eine Farbe haben

Unterschiedliche Elemente können unterschiedliche Farben voneinander erzeugen. Auch unterschiedliche Ladungen eines Übergangsmetalls können zu unterschiedlichen Farben führen. Ein weiterer Faktor ist die chemische Zusammensetzung des Liganden. Die gleiche Ladung auf einem Metallion kann je nach dem Liganden, den es bindet, eine andere Farbe erzeugen.

Farbe der Übergangsmetallionen in wässriger Lösung

Die Farben eines Übergangsmetallions hängen von den Bedingungen in einer chemischen Lösung ab. Einige Farben sind jedoch gut zu wissen (insbesondere, wenn Sie AP Chemistry einnehmen):

Übergangsmetall-Ion	Farbe
Co2+	Rosa
Cu2+	Blau Grün
Fe2+	olivgrün
Ni2+	hellgrün
Fe3+	braun bis gelb
CrO42-	Orange
Cr2Ö72-	Gelb
Ti3+	lila
Cr3+	violett
Mn2+	blassrosa
Zn2+	farblos

Ein verwandtes Phänomen sind die Emissionsspektren von Übergangsmetallsalzen, mit denen sie im Flammentest identifiziert werden.