Lösungen - Organische Chemie

KOMPLEXCHEMIE UND TRENNVERFAHREN
Aufgabe 1
Komplexe bestehen aus Liganden, die koordinativ an ein Zentralatom
gebunden sind
Zentralatom: meist Schwermetallkation mit hoher Ladung und geringen
Ionenradien, z.B. Fe2+, Fe3+, Cu2+
Liganden: Verbindungen mit freien Elektronenpaaren bzw. Anionen,
z.B. F-, Cl-, OH- , CN-(anionisch), H2O, NH3 (nichtionisch )
-
Koordinative Bindung: anders als bei der Atombindung stammt das
Bindungselektronenpaar nur von einem Bindungspartner, Überlappung eines
besetzten Orbitals des Liganden mit einem unbesetzten Orbital des Zentralteils
-
die Zähnigkeit eines Liganden beschreibt die Anzahl der Koordinationsstellen
des Liganden
mit dem Zentralatom
1-einzähnig: 1 Bindung zum Zentralatom
2-zweizähnig: 2 Bindungen zum Zentralatom
-
Koordinationszahl: Anzahl der an das Zentralatom gebundenen Liganden
-
18-Elektronen-Regel: Bestreben der Übergangsmetalle, durch Komplexbildung
Elektronenkonfiguration des nächsten Edelgases zu erreichen
-
es existieren aber auch zahlreiche Komplexe mit anderen Elektronenzahlen
(Platzgründe, ungerade Elektronenzahl u.ä. verhindern Erreichen der
Edelgaskonfiguration)
-
Beschreibung des Wesens der Komplexbildung auf der Grundlage
verschiedener Theorien möglich, z.B. Ligandenfeldtheorie
Molekülorbitaltheorie
-
Moleküle als einzähnige Komplexliganden:
Einwertige Alkohole
Ether
Amine
Kohlenmonoxid
-
Anionen als Komplexliganden:
Halogenide
Hydroxid-Ion
Thiolat- Ion
H2O
ROH
ROR`
NH3 ; RNH2
CO
F- ,Cl- ,BrOHRS1
Thiosulfat-Ion
Cyanid-Ion
Rhodanid(Thiocyanat-)-Ion
Isothiocyanat -Ion
Carboxylat-Ion
S2O32CNSCNNCSRCOO-
-
sind organische Moleküle, die über mehrere Koordinationsstellen mit einem
Zentralatom verbunden sind = mehrzähnig
-
vorrangig 2- oder 4-zähnig, auch 3 oder mehrzähnig möglich
Substanz
Ethylendiamin
Struktur
H2N
EDTA
Ethylendiamin
tetra essigsäure
-
N
N
-
COO
4ED TA
Glycin
COO
-
OOC
Zähnigkeit
-Komplexierung über
die freien
Elektronenpaare am
Stickstof
2
-vorhanden
NH2
-
OOC
Chelatcharakter
-vorhanden
-Einsatz als
Dinatriumsalz
-bei vollständiger
Protonenabgabe
6-zähnig
max. 6
pH-Wertabhängig
-Koordinatiosstellen:
Aminogruppen
Caroxylatfunktionen
-vorhanden
2
-bei vollständiger
Protonenabgabe 2zähnig
pH-Wertabhängig
-Koordinationsstellen:
Aminofunktion
Carboxylatgruppen
(s.Abb 1.1)
2
Substanz
Tartrat-Ionen
Struktur
Chelatcharakter
-vorhanden
-
HO
CO O
CH
HO
CH
Zähnigkeit
2
-Koordinationsstellen
pH-Wert-abhängig
Carboxylatgruppen
COO Porphyrin
(siehe Abb 1.2)
Tetrapyrrolsystem im
Hämoglobin
Wasser
H2O
Cyanidion
CNKohlenmonoxid
CO
-vorhanden
4
-nicht vorhanden
-nicht vorhanden
-nicht vorhanden
1
1
1
Aufgabe 2 – Chelatoren = mehrzähnige Liganden
Ethylendiammin, EDTA, Glycin, Porphyrin, Tartrat-Ionen, Citrat-Ionen
Aufgabe 3 – Namen von Komplexen
[Ag(NH3)2 ]Cl
[Cu(NH3 )4 ]SO4
K4 [ Fe(CN)6]
Diamminsilber(I)chlorid
Tetramminkupfer(II)sulfat
Kaliumhexacyanoferrat(II)
Aufgabe 4
Mehrzähniger Ligand – von einem Molekül gehen mehrere koordinative Bindungen
aus
Vgl. Aufg. 2
Aufgabe 5 – Formeln von Komplexen
Kaliumhexacyanidooferrat-(II)
K4 [ Fe(CN)6]
Kaliumpentacyanidonitrosylferrat-(III)
K2[Fe(CN)5(NO)]
Eisen-(III)-hexacyanoferrat(II)
Fe4 [ Fe(CN)6]3
Natriumtetrahydroxoaluminat (III)
Na [Al(OH)4]
Natriumdithiosulfato-argentat(I)
Na3[Ag(S2O3 )2 ]
Aufgabe 6 – Komplexbausteine
3
[ C o( NH 3 ) 5 Br ]SO 4  [Co( NH 3 ) 5 Br ] 2   SO 42 
3
[ C o( NH 3 ) 5 SO 4 ]Br  [Co( NH 3 ) 5 SO 4 ]   Br 
3
bei Dissoziation in Wasser sind unterschiedliche Anionen nachweisbar
Aufgabe 7 – Schwerlöslichkeit und Komplexbildung in Konkurrenz
Die Konzentration der Ca-Ionen beträgt anhand der Schwerlöslichkeit:
c(Ca 2 )  10 9 mol 2 / l 2  3,2  10 5 mol / l
Aus der Komplexdissoziationskonstanten folgt die folgende Ca-Ionen-Konzentration:
c(Ca 2 )  c(Y 4 )
2
 K D (CaY  )  2  10 11 mol / l
2
c(CaY  )
c(Ca 2 )  c(Y 4 ) in wässrig er Lösung
(CaY  ) sei 10 1 mol / l
2
c(Ca 2 )  c(Y 4 )  K D (CaY  )  c(CaY  )
2
2
c(Ca 2 )  2  10 11 mol / l 10 1 mol / l  1,4  10 6 mol / l
Das CaCO3 schickt also mehr freie Ca2+-Ionen in die wässrige Lösung als der
Komplex. Diese freien Ionen werden in den weniger dissoziierten, aber löslichen
Komplex überführt, das CaCO3 löst sich auf.
Aufgabe 8 – Berliner Blau
Zentralatom: Fe
Liganden: CNKoordinationszahl: 6
Ionenbindung zwischen dem komplexen Teilchen und dem „äußeren“ Fe
Koordinative Bindung zwischen CN und dem „inneren“ Fe
Atombindung zwischen C und N im Liganden
Aufgabe 9 – hydrophil – hydrophob
Stoff
Ethanol
Hexan
Natriumchlorid
Phenol
Charakteristik
Dieser Stoff ist hydrophil
Dieser Stoff ist hydrophob.
Dieser Stoff ist hydrophil.
Dieser Stoff ist hydrophil.
Geeignetes Lösungsmittel
Wasser
Benzin
Wasser
Wasser bedingt geeignet
Aufgabe 10
Dekantieren, Filtrieren, Zentrifugieren, Sieben, Destillieren, Sublimieren, Adsorbieren,
Verteilen, Extrahieren, Gefrierpunktserniedrigung, Kristallisation, Chromatografie
Aufgabe 11
Trockeneis, Schnee, Iod, Campher
4
Aufgabe 12
Oberphase ist wegen der Dichte Ether, Unterphase Wasser
Wenn K=4, müssen von 100 Teilen wegen des NERNST-Satzes 80 Teile in der
Oberphase und 20 Teile in der Unterphase sein. Nach einer Verteilung sind also 80%
in der Etherphase.
K
nOberphase
nUnterphase
4
80
20
Aufgabe 13
Verteilung und Adsorption
Aufgabe 14
Mobile Phase ist flüssig bzw. gasförmig.
Aufgabe 15
Quotient aus Wanderstrecke der Substanz und der Wanderstrecke des Laufmittels
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