Komplexbildung. CoCl 3 5 NH 3. CoCl 3 6 NH 3. CoCl 3 4 NH 3 Alfred Werner The Nobel Prize in Chemistry 1913

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1 Komplexbildung CoCl 3 6 NH 3 CoCl 3 5 NH 3 CoCl 3 4 NH 3 CoCl 3 4 NH 3 Alfred Werner The Nobel Prize in Chemistry 1913

2 Komplexbildung Beispiel wässrige Lösungen von Aluminium(III) Al OH Al(OH) 3 Al(OH) 3 + OH - [Al(OH) 4 ] - Tetrahydroxoaluminat (III) 2

3 Hydrate Amphoteres Verhalten von Hydroxiden (z.b. Al 3+, Sn 2+, Pb 2+, Zn 2+ ): löslich sowohl in Säure als auch in Base Reaktionen: basisch: Al(OH) 3 + OH - [Al(OH) 4 ] - sauer: Al(OH) HCl AlCl 3 + 3H 2 O AlCl H 2 O [Al(H 2 O) 6 ] Cl - 3

4 Konzept der Komplexverbindungen (Alfred Werner ~1900) Beispiel: Silberhalogenide Fällung von Silberhalogeniden: Cl - + Ag + AgCl aber: Zugabe von Ammoniak führt zur Auflösung des Niederschlags, es bildet sich: 4

5 Was ist ein Komplex? Komplexe oder Koordinationsverbindungen sind Moleküle oder Ionen ZL n, in denen an ein ungeladenes oder geladenes Zentralatom Z entsprechend seiner Koordinationszahl mehrere ungeladene oder geladene, ein- oder mehratomige Gruppen L angelagert sind. [ ZL n ] m Z = Zentralatom L = Liganden Komplexzentrum, Koordinationszentrum Ligandenhülle, Koordinationssphäre alle Liganden gleichartig verschiedene Liganden homoleptisch heteroleptisch 5

6 Komplexverbindungen NH 3 3+ H 3 N NH 3 Co 3 Cl H 3 N NH 3 NH 3 [ Co (NH 3 ) 6 ] 3+ [ ZL n ] m Z: Zentralatom L: Ligand n: Koordinationszahl Komplexbildendes Ligandenatom: Ligator NH 3 7

7 Bindung in Komplexen Cl + Cl Cl Cl kovalent Na Cl + e Na + + e Cl Na + + Cl NaCl ionisch Z + L Z L Komplex klassische Komplexbindung = koordinative Bindung: 8

8 Bindung in Komplexen Z + L Z L Komplex klassische Komplexbindung = koordinative Bindung: 8

9 Liganden Liganden können neutral oder anionisch sein; und müssen somit ein freies Elektronenpaar aufweisen (Elektronenpaar- Donor) Cl Chlorid NH 3 Ammoniak Die Anzahl der Donoratome, mit denen ein Ligand an das Metallzentrum bindet, wird als die Zähnigkeit des Liganden bezeichnet. 9

10 Ligandentypen einzähnig Cl Chlorid NH 3 Ammoniak C N Cyanid zweizähnig dreizähnig H N H 2 N NH 2 H 2 N NH 2 Ethylendiamin en Diethylentriamin dien 11

11 Ligandentypen vierzähnig sechszähnig N N N N N N N N 2 N N O O O O O O O 4 Phthalocyanin pc O Ethylendiamintetraacetat EDTA 4-11

12 Oft eingesetzte Liganden 12

13 Koordinationszahl und Koordinationspolyeder Koordinationszahl 2 häufig bei einfach positiv geladenen Ionen von Ag, Au und Hg linear Komplex ist wichtig im Goldbergbau: Cyanidlaugerei ) N C Au C N Dicyanidoaurat(I) - 13

14 Koordinationszahl und Koordinationspolyeder Koordinationszahl 4 quadratisch planar tetraedrisch [Zn(NH 3 ) 4 ] 2+ [Pt(NH 3 ) 4 ] 2+ 14

15 Koordinationszahl und Koordinationspolyeder Koordinationszahl 6 oktaedrisch [Co(NH 3 ) 6 ] 2+ 15

16 Chelateffekt [Cd(H 2 O) 6 ] NH 2 Me [Cd(NH 2 Me) 4 (H 2 O) 2 ] H 2 O (a) [Cd(H 2 O) 6 ] en [Cd(en) 2 (H 2 O) 2 ] H 2 O (b) NH 2 Me: Methylamin: CH 3 -NH 2 H N H en: Ethylendiamin: H 2 N-CH 2 -CH 2 -NH 2 : H 2 N NH 2 Komplexe mit mehrzähnigen Liganden sind stabiler als Komplexe mit vergleichbaren einzähnigen Liganden! 21

17 Wechselwirkung Metall-Ligandsphäre: Farbigkeit Beispiel: Reaktion von Cu 2+ -Lösung mit Ammoniak 17

18 Wechselwirkung Metall-Ligandsphäre: Farbigkeit Beispiel oktaedrischer Komplex: Wechselwirkung der sechs Liganden (hier als negative Punktladungen dargestellt) hat unterscheidliche Auswirkungen auf die d-orbitale je nach Orientierung derselben 18

19 Wechselwirkung Metall-Ligandsphäre: Farbigkeit Folge: Aufspaltung der d-orbitale in zwei Sets mit unterschiedlichen Energieniveaus: d-orbitale im sphärischen Kristallfeld d-orbitale im oktaedrischen Kristallfeld 19

20 Wechselwirkung Metall-Ligandsphäre: Farbigkeit Durch Lichtabsorption kann ein Elektron von einem tiefen in ein höheres Niveau angehoben werden. Dieses Licht wird durch das Auge (oder ein Spektrometer) als Differenz von weißem Licht wahrgenommen Lösung erscheint farbig hν = Δ okt Farbe und UV-Vis Absorption von [Ti(H 2 O) 6 ] 3+ (d 1 -System) 25

21 Wechselwirkung Metall- Ligandsphäre: Farbigkeit UVVis- Spektroskopie und Farbe Goethes Farbrad aus der Farbenlehre von

22 Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) 22

23 Beispiele wichtiger Komplexe Cisplatin: Platin in der Krebstherapie cis- Diammindichloridoplatin(II): [Pt(NH 3 ) 2 (Cl) 2 ] trans-isomer ist nicht wirksam Isomerie Auftreten von zwei oder mehreren chemische Verbindungen mit gleicher Summenformel und Molekülmasse wobei sich die Verknüpfung oder räumliche Anordnung der Atome unterscheidet. Die entsprechenden Verbindungen werden Isomere genannt 28

24 Beispiele wichtiger Komplexverbindungen Chlorophylle: Magnesium in der Photosynthese 24

25 Beispiele wichtiger Komplexverbindungen Hämoglobin / Myoglobin: Eisen für Transport und Lagerung von Sauerstoff in vivo 25