Mehrprotonige Säuren -H + H 3 PO 4 H 2 PO 2-4 PO 3-4 +H + -H+ +H + Stefan Wuttke # 1

Transkript

1 Mehrprotonige Säuren -H + H 3 PO 4 H 2 PO - 4 HPO 2-4 PO 3-4 +H + -H+ +H + -H+ +H + Stefan Wuttke # 1

2 Komplexchemie CoCl 3 6 NH 3 CoCl 3 5 NH 3 CoCl 3 4 NH 3 CoCl 3 4 NH 3 Alfred Werner + AgNO 3 AgCl + NaOH Co(OH) 3 + NH 3 NH 3 NH 3 NH 3 Co NH 3 Cl 3 NH 3 NH 3 Nobelpreis 1913 Stefan Wuttke # 2

3 Komplexverbindungen 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. Z = Zentralatom = Komplexzentrum = Koordinationszentrum L = Ligand L n = Ligandenhülle = Koordinationssphäre Stefan Wuttke # 3

4 Komplexverbindungen [Co (NH 3 ) 6 ] 3+ [ZL n ] m Z : Zentralatom L : Ligand n : Koordinationszahl m: Ladung Stefan Wuttke # 4

5 Komplexchemie Eisen(II) als Zentralatom Resultierende Gesamtladung CN - als Ligand Hexacyanoferrat(II)-Komplex Stefan Wuttke # 5

6 Bildung von Komplexen Der amerikanische Physikochemiker G.N. LEWIS erweiterte den Säure Base Begriff. Er definiert Basen als Elektronenpaardonatoren und Säuren als Elektronenpaarakzeptoren. Z + L Z L Lewis-Säure Lewis-Base Stefan Wuttke # 6

7 Liganden Die Zahl der koordinativen Bindungen, die ein Ligand in einem Komplex betätigt, wird als die Zähnigkeit des Liganden bezeichnet. Stefan Wuttke # 7

8 Chelatkomplexe Die Zahl der koordinativen Bindungen, die ein Ligand in einem Komplex betätigt, wird als die Zähnigkeit des Liganden bezeichnet. [Ni(H 2 O) 6 ] NH 3 K Bil = 1, [Ni(NH 3 ) 6 ] H 2 O [Ni(H 2 O) 6 ] en K Bil = 6, [Ni(en) 3 ] H 2 O Stefan Wuttke # 8

9 Chelateffekt (Thermodynamik) Entropie (S) beschreibt die Zahl der Mikrozustände, durch die der beobachtete Makrozustand des Systems realisiert werden kann G = H - T S Stefan Wuttke # 9

10 Chelatkomplexe Die Zahl der koordinativen Bindungen, die ein Ligand in einem Komplex betätigt, wird als die Zähnigkeit des Liganden bezeichnet. [Ni(H 2 O) 6 ] NH 3 K Bil = 1, [Ni(NH 3 ) 6 ] H 2 O [Ni(H 2 O) 6 ] en K Bil = 6, [Ni(en) 3 ] H 2 O Stefan Wuttke # 10

11 Metalle und Chelatkomplexe in lebendigen Systemen Stefan Wuttke # 11

12 Metalle und Chelatkomplexe in lebendigen Systemen Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) Wichtiger 6 Zähniger Komplexbildner Verwendung als: Wasserenthärter (Ca 2+ komplexieren) Industrielle Reinigung (Komplexierung von Schwermetallionen) Konsverierungsmittel (Komplexierung von Metallionen aus Enzymen) Medizin (Chelat-Therapie) Analytische Chemie (Quantitative Bestimmung von Metallionen) Blutgerinnung verhindern Stefan Wuttke # 12

13 Nomenklatur von Komplexen 1. Kationisch [Co(NH 3 ) 5 Cl]Br 2 Kation Anion Pentaaminchlorokobalt(III) - Bromid 5 NH 3 -Liganden Cl - -Liganden Kobalt im Oxidationszustand +3 Liganden: - in alphabetischer Reihenfolge - anionische Liganden enden auf o (fluoro, chloro, hydroxo..) - neutrale und kationische werden namentlich nicht verändert Ausnahmen: H 2 O (aqua), NH 3 (amin), CO (carbonyl), NO (nitrosyl) Stefan Wuttke # 13

14 Nomenklatur von Komplexen 2. Anionisch Na 2 [MoOCl 4 ] Kation Anion Natrium - Tetrachlorooxomolybdat(IV) 4 Cl - -Liganden Oxid, O 2- -Ligand Molybdän in der Oxidationsstufe +4 -at Stefan Wuttke # 14

15 Nomenklatur von Komplexen 1. Bei der Benennung von Komplexen wird der Name des Kations vor dem Namen des Anions angegeben. 2. Innerhalb eines Komplexions oder moleküls werden die Liganden vor dem Metall genannt. Liganden werden unabhängig von ihrer Ladung in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Präfixe zur Angabe der Anzahl der Liganden gehören bei der Bestimmung der alphabetischen Reihenfolge nicht zum Namen des Liganden und werden daher nicht berücksichtigt. 3. Die Namen anionischer Liganden enden auf den Buchstaben o, während die neutralen Liganden nur aus dem Namen des Moleküls bestehen (Ausnahmen beachten!) 4. Sollte mehr als ein Ligand eines bestimmten Typs vorliegen, werden zur Anzeige der Anzahl des jeweiligen Liganden griechische Präfixe (di-, tri-, tetra-, penta- und hexa-) verwendet. Wenn der Ligand selbst ein derartiges Präfix enthält (z.b. Ethylendiamin) werden alternative Präfixe verwendet (bis-, tris-, tetrakis-, pentakis-, hexakis-) und der Name des Liganden wird in Klammern geschrieben. 5. Wenn es sich bei dem Komplex um ein Anion handelt, wird dem Namen die Endung at angehängt. 6. Die Oxidationszahl des Metalls wird in römischen Zahlen hinter dem Namen des Metalls in Klammern angegeben. Stefan Wuttke # 15

16 Nomenklatur von Komplexen Stefan Wuttke # 16

17 Struktur von Komplexen Stefan Wuttke # 17

18 Valenzbindungstheorie Stefan Wuttke # 18

19 Valenzbindungstheorie Stefan Wuttke # 19

20 Ligandenfeldtheorie Beschreibung von Wechselwirkung von Liganden (d-elektronen = Orbitalen) mit dem Zentralatom Stefan Wuttke # 20

21 Valenzbindungstheorie Stefan Wuttke # 21

22 Ligandenfeldtheorie Stefan Wuttke # 22

23 Ligandenfeldtheorie Stefan Wuttke # 23

24 Ligandenfeldtheorie Zum Befüllen der Orbitale zählen wir die 4s und 3d Elektronen (d x ). Hund sche Regel: Orbitale gleicher Energie werden zunächst einzeln mit Elektronen gleicher Spins besetzt! Stefan Wuttke # 24

25 Größe der Aufspaltung Aufspaltung versus spin-paarungsenergie Stefan Wuttke # 25

26 Tetraedrisches Kristallfeld Stefan Wuttke # 26

27 Tetraedrisches Kristallfeld Stefan Wuttke # 27

28 Tetraedrisches Kristallfeld Stefan Wuttke # 28

29 Farbe von Komplexverbindungen Stefan Wuttke # 29

30 Magnetismus von Komplexen Ein Elektron besitzt einen Spin, der ihm ein magnetisches Moment gibt, was dazu führt, dass es sich wie ein kleiner Magnet verhält. Diamagnetisch Paramagnetisch Ferromagnetisch Diamagnetisch wird durch Magnetfeld abgestoßen. Paramagnetisch wird durch Magnetfeld angezogen. Stefan Wuttke # 30