Seminar zum Praktikum

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1 Wintersemester 2012/2013 Allgemeine Chemie Basis Praxis Seminar zum Praktikum Anorganische Chemie Basis Praxis Dr. Stephan Walleck Arbeitsgruppe AC I von Prof. Dr. Thorsten Glaser Raum: E stephan.walleck@uni-bielefeld.de

2 Modulaufbau Modul 21-M7: Anorganische Chemie Basis Praxis 3 LP: Praktikum SoSe LP: Seminar WS 2012/13

3 Lehrbücher Mortimer/Müller: Chemie, Das Basiswissen der Chemie 10. Aufl., Thieme 2010, ~ 65 Riedel/Janiak: Anorganische Chemie 8. Aufl., de Gruyter, Berlin 2011, ~ 75 Housecroft/Sharpe Anorganische Chemie Pearson Studium, ~ 80 Huheey/Keiter/Keiter: Anorganische Chemie 3. Aufl., de Gruyter, Berlin 2003, ~ 80 Holleman/Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie 102. Aufl., de Gruyter, Berlin 2007, ~ 94 Jander/Blasius: Anorgansiche Chemie I 17. Aufl., Hirzel, Stuttgart 2012, ~ 40

4 Inhaltsverzeichnis Kapitel 1 1. Einführung in die Komplexchemie 1.1 Bedeutung von Metallen 1.2 Was ist ein Komplex? 1.3 Alfred Werner: Grundlagen der Komplexchemie 1.4 Koordinationszahl und Koordinationspolyeder 1.5 Bindungen in der Koordinationschemie 1.6 Oxidationszahlen 1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen 1.8 Komplexgleichgewichte 1.9 Chelatliganden und der Chelateffekt

5 Bedeutung von Metallen beinahe 3/4 aller chemischer Elemente sind Metalle Stützpfeiler der modernen Gesellschaft Nur selten elementar, viel häufiger kationisch vorkommend aber nicht nur abiotisch am Aufbau der Erdkruste beteiligt, sondern auch biotisch von elementarer Bedeutung

6 Quelle:

7 1.2 Was ist ein Komplex? Die einfachste Definition: Ein Komplex besteht aus einem Zentralatom (Z) und mehreren daran gebundenen Liganden (L). Die Definition nach HoWi: Unter Komplexen ( ) versteht man Moleküle oder Ionen ZL n, in denen an ein ungeladenes oder geladenes Zentralatom Z ( ) entsprechend seiner Koordinationszahl ( ) n mehrere (Anmerkung: nicht ein) ungeladene oder geladene, ein- oder mehratomige Gruppen L ( Liganden ) ( ) angelagert sind.

8 1.6 Die Oxidationszahl IUPAC: Die Oxidationszahl (oder auch Oxidationsstufe) ist ein Maß für die Oxidation eines Atoms in einer Verbindung. Dabei ist die Oxidationszahl definiert als die Ladung, die ein Atom hätte, wenn die Elektron unter folgenden, vereinbarten Voraussetzungen gezählt werden könnten: (1) Die Oxidationsstufe eines freien Elements ist Null. (2) Für ein einatomares Ion entspricht die Oxidationsstufe der Ladung. (3) Die Summe der Oxidationsstufen aller Atome eines Molekül ist Null; bei Ionen entspricht diese Summe der Gesamtladung des Ions. (4) Wasserstoffatome haben in den meisten Verbindungen eine Oxidationsstufe von +I, Sauerstoffatome von II.

9 1.6 Die Oxidationszahl Kationisch Anionisch Komplex Koordinationszahl Liganden form. Oxidationsstufe des Zentralatoms [Co(H 2 O) 6 ] H 2 O II [Co(H 2 O) 6 ] H 2 O III [Fe(CO) 5 ] 5 5 CO 0 [NiCl 2 (NH 3 ) 4 ] 6 4 NH 3, 2 Cl - II [CoCl 4 ] Cl II [MnO 4 ] 4 4 O 2 VII [FeF 6 ] F - III [Mn(CO) 5 ] CO -I

10 1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen Formelschreibweise von Komplexen nach IUPAC: o Koordinationseinheit in eckige Klammern, ggf. Ladung als Exponent o Zentralatom vor Liganden o Anionische vor neutralen Liganden vor kationischen Liganden o Alphabetische Reihenfolge innerhalb der Ligandenklassen (Abkürzungen wie Formeln) o Mehratomige Liganden und Abkürzungen in runden Klammern o Oxidationsstufe als Exponent hinter dem Zentralatom Beispiele: Oxidationszahl Zentralatom Gesamtladung Liganden Cr III 3+ 6 H 2 O Co? 3-6 Cl - Fe II? 4 NH 3, Cl -, Br - Pt? 0 2 NH 3, Cl -, Br -, NO 2-, H -

11 1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen Systematische Namen von Komplexen nach IUPAC: o Liganden in alphabetischer Reihenfolge vor dem Namen des Zentralatoms (unabhängig von der Ladung!). o Angabe der Oxidationszahl (röm. Ziffern) des Zentralatoms oder der Gesamtladung (arab. Ziffern + Ladung) der Koordinationseinheit in runden Klammern hinter dem Namen des Zentralmetallatoms. o Namen anionischer Liganden enden auf o, neutrale ohne den Ladungszustand bezeichnende Endung. o Neutralliganden werden in runde Klammer eingeschlossen (Ausnahmen: Ammin, Aqua, Carbonyl, Nitrosyl). o Anionische Komplexe erhalten die Endung at nach dem lateinischen Namen des Zentralatoms.

12 1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen Namen von anionischen und neutralen Liganden: Formel F - Cl - Br - H - O 2- S 2- (SH) - (OH) - (C 2 O 4 ) 2- (SO 4 ) 2- (CN) - (NCO) - (NCS) - (NO 3 ) - (NO 2 ) - Ligandenname Fluoro Chloro Bromo Hydrido Oxo, Oxido Thio, Sulfido Hydrogensulfido Hydroxido Oxalato Sulfato Cyano Cyanato Thiocyanato Nitrato Nitrito, Nitro Formel H 2 O H 2 S CO CS N 2 NH 3 PH 3 (CH 3 ) 3 N (C 6 H 5 ) 3 P NO Ligandenname Aqua Sulfan, Hydrogensulfid Carbonyl Thiocarbonyl Distickstoff Ammin Phosphan, Phosphin Trimethylamin Triphenylphosphin, ~an Nitrosyl

13 1.8 Komplexgleichgewichte Für die Komplexbildung und die Komplexstabilität gilt das Massenwirkungsgesetz: Bruttostabilitätskonstante β n und individuelle Stabilitätskonstante K n M + n L [ML n ] β n = K 1 K 2 K n β n = [ML n ] [M][L] n Üblicher Weise gilt: K 1 > K 2 > K 3 > > K n

14 1.9 Chelatliganden und der Chelateffekt Ein Ein n-zähniger Ligand Ligandergibt einen einen stabileren Komplex als als n einzähnige Liganden ähnlicher Eigenschaften. Die Die Zähnigkeit eines eines Liganden ist ist die die Anzahl Anzahl der der Donoratome, die die an an das das Metall Metall binden. binden. Zweizähnige Chelatliganden Oxalat (ox) Triethylentetraamin (trien) dreizähnig vierzähnig sechszähnig

15 Übungsaufgaben zum Kapitel 1 1. Benenne Sie entsprechend der Nomentklaturregeln die folgenden Komplexverbindungen: [Ni(H 2 O) 6 ]SO 4, [CoCl 3 (H 2 O) 3 ], Na 2 [Fe(CO) 4 ], Cs 2 [NiBr 4 ], Na[Cr(NCS) 4 (NH 3 ) 2 ], Na[PtBrCl(NO 2 )(NH 3 )], [Pd(H 2 O) 2 (NH 3 ) 2 ][CuCl 4 ] 2. Geben Sie folgende Komplexverbindungen in Formelschreibweise an: Pentaaminoxidovanadium(V)chlorid, Kaliumhexacyanoferrat(III), Hexaammincobald(III)chlorid, Kalium-dinatriumpentafluorocuperat 3. Geben Sie jeweils mindestens ein Beispiel für einen 2, 3, 4 und 6-zähnigen Chelatliganden. 4. Nennen Sie die wichtigsten Koordinationspolyeder zu den Koordinationszahlen 4, 5, 6 und Geben Sie die formalen Oxidationsstufen und die Valenzelektronenkonfiguration folgender Komplexe an: [V(H 2 O) 6 ] 4+, [Ti(H 2 O) 6 ] 3+, [V(H 2 O) 6 ] 3+, [Pd(NH 3 ) 4 ] 2+, [Mn(CO) 5 H], [CuCl 4 ] 2-, Na[CrBrCl(NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 ]