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Der s-Block

Der d-Block

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Im f-Block stehen die Elemente der Lanthanoide und Actinoide, also zweimal 14 Elemente, die sich unterander ähnlicher sind, als die Elemente des d-Blocks. Woher kommt jedoch diese chemisch enge Verwandtschaft? Schaut man sich die Atomhüllen der f-Block-Elemente an, so ergibt sich fortweg folgendes Bild: In der höchsten Schale befinden sich zwei Elektronen (s-Elektronen), in der zweitäußersten ein einzelnes (d-Elektron) oder kein Elektron. Erst in der drittäußersten Schale (f-Elektronen) unterscheiden sich die einzelnen Elemente voneinander. Dies hat zur Folge, daß alle diese Elemente bevorzugt die drei äußeren Elektronen abgeben; die Lanthanoide reagieren daher bevorzugt in der Oxidationsstufe +3. LANTHANOIDE: Das 4f-Orbital ist dem 5d-Orbital energetisch noch deutlich verschieden. Daher kommt es nicht, oder nur vereinzelt zur Umlagerung von Elektronen des f-Orbitals in das d-Orbital. Die Folge hiervon ist, daß alle Lanthanoide bevorzugt in der Oxidationsstufe +3 reagieren. Einzig jene Mitglieder dieser Gruppe, denen zur Ausbildung eines halb- oder vollbesetzten f-Orbitals (siebn bzw. 14 Elektronen) ein einziges Elektron fehlt, zeigen eine df-Hybridisierung (Ausbildung von s2 d0 f7- bzw. s2 d0 f14-Konfigurationen). Die Folge ist, daß diese Elemente nur zwei anstelle von drei Valenzenlektronen besitzen, und somit auch zweiwertig aufzutreten vermögen. Es handelt sich hierbei um die Elemente Europium und Ytterbium. Bei Cer und Terbium, die durch df-Hybridisierung zu halb- oder unbesetzten f-Orbitalen gelangen können (s2 d2 f0- bzw. s2 d2 f7-Konfigurationen) zeigt sich auch die Oxidationsstufe +4. ACTINOIDE: Das 5f und 6d-Orbital sind energetisch weniger stark voneinander verschieden als 4f und 5d-Orbital. So kommt es gerade bei den ersten sieben Mitgliedern dieser Gruppe vielfach zu df-Hybridisierungseffekten, wobei die Zahl der Valenzelektronen vom Actinium (3) bis zum Plutonium hin auf acht ansteigt. Deshalb vermutete man früher, daß diese Elemente Homologe der d-Block-Elemente seien. Dagegen sprechen jedoch zahlreiche Verhaltensschemata dieser Elemente in ihren Verbindungen. Von ALLEN Actinoiden ist die Oxidationsstufe +3 bekannt, sie wird jedoch erst ab Americium zur bevorzugten Wertigkeitsstufe. Analog den Lanthanoiden tritt auch bei den Actinoiden die Oxidationsstufe +2 bei den Elementen auf, denen zum Erreichen eines halb- oder vollbesetzten f-Orbitals ein einziges Elektron fehlt, welches sie dann durch df-Hybridisierung in das f-Oribtal umlagern. Hier sind es die Elementem Americium und Nobelium (Ausbildung von s2 d0 f7- bzw. s2 d0 f14-Konfigurationen). Ebenfalls analog wird die Oxidationsstufe +4 bei Thorium und Berkelium ausgebildet, wo - ebenfalls durch df-Hybridisierung - das erste bzw. achte f-Elektron in das d-Orbital umgelagert wird (Ausbildung von s2 d2 f0 bzw. s2 d2 f7-Konfigurationen), wobei ebenfalls ein un- oder halbbesetztes f-Orbital ausgebildet werden kann.