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Neu entdeckte Carbonylkomplexe ignorieren Oktettregel

Regelverstoß von Erdalkali-Metallen

| Autor/ Redakteur: Johannes Scholten * / Christian Lüttmann

Regeln sind da, um gebrochen zu werden. Das gilt auch in der Chemie, wo Wissenschaftler immer wieder Ausnahmen zu viele Jahrzehnte bewährten Konzepten finden. So haben nun Chemiker der Universität Marburg gemeinsam mit Kollegen aus China gezeigt, dass die Erdalkali-Metalle Calcium, Barium und Strontium mit Kohlenstoffmonoxid Verbindungen bilden können, die eigentlich ihrem natürlichen Bindungsbestreben widersprechen.

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Das Atomium in Brüssel stellt die kubische Zelle des Kristallmodells des Eisens dar. Es gibt aber auch andere Bindungsformen, in denen Übergangsmetalle mit kleinen Molekülen so genante Komplexe ausbilden. (Symbolbild)
Das Atomium in Brüssel stellt die kubische Zelle des Kristallmodells des Eisens dar. Es gibt aber auch andere Bindungsformen, in denen Übergangsmetalle mit kleinen Molekülen so genante Komplexe ausbilden. (Symbolbild)
(Bild: Pixabay/superdirk, gemeinfrei / CC0)

Marburg – Wenn Elemente chemische Verbindungen eingehen, „teilen“ sie sich ihre Elektronen. Dabei gelten gewisse Einschränkungen, sodass nicht jede beliebige Kombination eine stabile Bindung hervorbringt. Trotz dieser Einschränkungen haben Chemiker bis heute eine kaum überschaubare Zahl von Molekülen beschrieben und auch synthetisch hergestellt. „Um diese Vielfalt verstehen und einordnen zu können, haben sie Regeln entwickelt, die bereits vor fast einem Jahrhundert vorgeschlagen wurden und die sich bis heute als äußerst beständig erwiesen haben“, sagt Prof. Dr. Gernot Frenking von der Universität Marburg.

Der Marburger Chemiker Professor Dr. Gernot Frenking hat zusammen mit einem chinesischen Forschungsteam neuartige Verbindungen mit Barium, Calcium und Strontium gefunden und charakterisiert.
Der Marburger Chemiker Professor Dr. Gernot Frenking hat zusammen mit einem chinesischen Forschungsteam neuartige Verbindungen mit Barium, Calcium und Strontium gefunden und charakterisiert.
(Bild: Christian Stein für Marburger Unijournal)

Demnach lassen sich die rund 100 Atome des Periodensystems in drei Gruppen unterteilen. Die so genannten Hauptgruppenatome wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff bilden besonders stabile Moleküle, wenn sie acht Elektronen in ihrer äußersten Schale haben („Oktettregel“). Die Übergangsmetalle wie Eisen, Nickel und Cobalt hingegen benötigen 18 Elektronen, um stabile Moleküle zu bilden („18-Elektronenregel“). Die verbleibenden so genannten seltenen Erden und Aktiniden benötigen 32 Elektronen für die Bildung stabiler Moleküle. „Trotz kleiner Abweichungen haben diese Regeln ihre Gültigkeit behalten“, führt Frenking aus. „Sie konnten quantentheoretisch erklärt werden und finden sich in allen Textbüchern der Chemie.“

Hauptgruppenatome, die sich wie Übergangsmetalle verhalten

Die drei Metalle Calcium, Strontium und Barium gelten als klassische Vertreter der Hauptgruppenatome, die in allen bekannten Verbindungen der Oktettregel gehorchen. Den Forschern gelang es nun, Atome dieser Gruppe mit acht Molekülen Kohlenmonoxid in so genannten Carbonylkomplexen zu verbinden, die eindeutig der 18-Elektronenregel von Übergangsmetallen gehorchen. „Wir haben Moleküle vorhergesagt und auch hergestellt, die gängige Vorstellungen über chemische Bindungen sprengen“, sagt Frenking. Diese Grenzüberschreitung eröffne völlig neue Perspektiven für die chemische Erforschung dieser drei Elemente. „Offenbar ist die chemische Reaktivität der Erdalkalimetalle vielfältiger als bisher angenommen“, meint der Marburger Chemiker. Weitere Experimente sollen nun die Kapazität dieser Elemente ausloten, sich wie Übergangsmetalle in chemischen Reaktionen zu verhalten.

Originalpublikation: Xuan Wu, Lili Zhao & al: Observation of alkaline earth complexes M(CO)8 (M = Ca, Sr, or Ba) that mimic transition metals. Science 31 Aug 2018: Vol. 361, Issue 6405, pp. 912-916; DOI: 10.1126/science.aau0839

* J. Scholten, Philipps-Universität Marburg, 35032 Marburg

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