metalle d-orbitale

Komplexe
i = −1 ;
2
i
=1
Komplexchemie
1. Überblick/ Rückblick Bindungslehre
2. Hinweise auf eine vierte Art von
Bindung
3. Was sind Komplexe? Bau,
Geometrie, Nomenklatur
4. Exkurs: Orbitaltheorien
5. Komplexreaktionen und Stabilität
von Komplexen
6. Chelatkomplexe
7. Komplexe in Natur und Technik
Rückblick Bindungslehre
Überblick/ Rückblick
Bindungslehre
Die Elemente kommen in der Natur so gut wie nie einzeln
(atomar) vor (Ausnahme: Edelgase).
Erst Zusammenschlüsse (Verbindungen) von Atomen bilden
stabile Stoffe (Metalle, Salze, Moleküle).
In stabilen Stoffen haben die enthaltenen Atome eine
Elektronenkonfiguration, die der von Edelgasen entspricht.
Diese Konfiguration kann erreicht werden, indem Atome
überzählige Elektronen abgeben (Metalle) oder zusätzliche
Elektronen aufnehmen (Nichtmetalle).
Die ersten Glieder der Gruppe der Edelgase haben folgenden
Elektronenzahlen: He: 2; Ne: 10; Ar: 18 (entspr. 2x
Periodenzahl2) --> Spezialfall der Edelgasregel: Oktettregel;
18-Elektronenregel
Rekapitulationsfragen I
Metallische Bindung:
- Wie entledigen sich Metallatome ihrer
überschüssigen Elektronen im Metallgitter?
- Was ist „Elektronengas“?
- Wieso stossen sich die positiven Atomrümpfe der
Metallatome nicht gegenseitig ab?
- Wieso verringert sich die Leitfähigkeit von Metallen
beim Erhitzen?
- Aus welchem Grund sind Metalle nicht spröde,
sondern duktil (verformbar)?
Die Metallbindung
Einzelne
Metallatome
geben ihre
überzähligen
Elektronen ab. Sie
sind als
„Elektronengas“
keinem
Atomrumpf mehr
zugeordnet. Der
Zusammenhalt im
Metallgitter
kommt durch die
gegenseitige
Anziehung von
positiven
Atomrümpfen und
Elektronengas
zustande.
Elektronengas
Rekapitulationsfragen II
Ionische Bindung:
- Was passiert bei der Bildung von NaCl aus Natrium
und Chlor auf der Ebene der Elektronen?
- Warum bilden Ionen dreidimensionale Gitter?
- Wie kann man sich die Sprödigkeit von Salzen
erklären?
- Warum sind feste Salze nicht elektrisch leitfähig,
Salzschmelzen hingegen schon?
- Warum haben Salze hohe Schmelzpunkte?
- Was passiert beim Lösen von Salzen und warum
sind manche Salze unlöslich?
Salze/ Ionenverbindungen
Metalle geben ihre Valenzelektronen ab (Kationen),
Nichtmetalle nehmen Elektronen auf (Anionen). Es
entstehen Ionen. Negative und positive Ionen ziehen
sich gegenseitig an.
Entstehung von Salzen
Salze entstehen bei der Reaktion von Metallen mit NichtMetallen. Auch Kochsalz (NaCl) kann so hergestellt werden.
Rekapitulationsfragen III
Molekülbindung (kovalente Bindung, Atmobindung):
- Wie schaffen es Nichtmetalle ihren
Elektronenmangel zu beheben?
- Warum bilden molekulare Stoffe seltener Gitter?
- Was ist ein gemeinsames Elektronenpaar?
- Was ist der Unterschied zwischen einer Verhältnisund eine Molekülformel?
- Welche zwischenmolekularen Kräfte gibt es?
- Wie kann die dreidimensionale Struktur von
Molekülen vorausgesagt werden?
Moleküle
Nichtmetalle, die jeweils zu wenige Elektronen besitzen,
teilen sich Elektronen (gemeinsames Elektronenpaar).
Zusammenfassung
Bindungen
1. Metalle geben ihre überschüssigen Elektronen als
„Elektronengas“ frei --> Metallbindungen.
2. Metalle geben ihre überschüssigen Elektronen
komplett an Nichtmetalle ab. Dabei entstehen
Ionen, die ungleichnamig geladen sind und durch
elektrostatische Kräfte ein Ionengitter bilden -->
Ionenbindung (Salze).
3. Nichtmetalle erhalten zusätzliche Elektronen von
Metalle (siehe 2.).
4. Nichtmetalle teilen sich Elektronen, um ihren
Elektronenmangel zu beheben. Es entstehen
gemeinsame Elektronenpaare --> Atombindung.
--------------------------
Komplexe gegen Krebs
Hinweis auf eine vierte
Bindungsart
Es sind vier Reagenzgläser vorhanden.
1. Natriumsulfat (weiss) wird gelöst.
2. Kupfersulfat (weisslich) wird gelöst.
3. Natriumchlorid (weiss) wird gelöst.
V
4. Natriumchlorid (fest) wird zur Kupfersulfatlösung
gegeben.
5. Kupfersulfat (weisslich) wird in HCl gelöst.
Salze bestehen aus stabilen Ionen, die sich in Wasser lediglich
trennen, aber keine eigentlich chemische Reaktion eingehen.
Wasser und HCl sind stabile Moleküle.
Welche Beobachtungen machst du?
Welche Ionen sind für die Farben zuständig?
Welche Rolle spielt das Wasser?
Komplex(verbindungen;
Koordinationsverbindungen)
- Salze lösen sich in Wasser. Dabei entstehen freie
Ionen.
- Salze und Ionen sind nach der Edelgasregel stabile
Teilchen.
- Wasser ist ein stabiles Molekül.
 Dennoch interagieren in bestimmten Salzlösungen
die Wassermoleküle mit den Metallkationen.
 Zusammenlagerungen/ Aggregate von an sich
stabilen Teilchen nennt man KOMPLEXE.
Sie bestehen aus einem Zentralteilchen (meist ein
Ion; meist von einem Übergangsmetall) und
Liganden (Anzahl der Liganden -->
Koordinationszahl)
Komplexe etwas genauer!
Wie ihr schon erfahren habt (Praktikum) gibt es
verschiedene Liganden, welche mit demselben
Zentralteilchen unterschiedliche Komplexe bilden.
Es kommen in Frage: Anionen (z.B. Cl-) oder
Dipolmoleküle (z.B. NH3, H2O...), welche mind. ein
freies Elektronenpaar besitzen.
--> Man spricht also von Ion-Ion- oder IonDipolkomplexen.
Die Elektronenpaare der Liganden dienen als
Bindungselektronen (vgl. Atombindung). Sie besetzen
sehr häufig freie d-Orbitale (Erklärung kommt noch!) der
Übergangsmetallionen.
Die zustande gekommenen koordinativen Bindungen, sind
mehr oder weniger polar und mehr oder weniger stabil.
Noch ein unerklärliches
Phänomen
1. Ein Eisennagel wird in eine Lösung von
Kupfersulfat gegeben.
V
2. Eine Kupfersulfatlösung wird mit Ammoniak (NH3)
versetzt.
3. Ein Kupfernagel wird in die ammoniakalische
Kupfersulfatlösung gegeben.
Was beobachtest du am Eisennagel?
Wie verändert sich die Farbe der Lösungen?
Welche Rolle spielt der Ammoniak?
Was erwartest du?
Es sind zwei Lösungen mit Komplexen vorhanden:
1. Kupferkomplex mit Cl2. Kupferkomplex mit NH3
3. Kobaltkomplex mit NH3
Was passiert bei der Zugabe von H2O?
Welche Farbe wird die Lösung annehmen?
Welcher Komplex wird entstehen?
V
Namen von Komplexen
In den bisher gezeigten Versuchen entstanden u.a. Komplexe mit
dem Zentralion Cu2+ und mit verschiedenen Liganden.
Die Komplexe haben die folgenden Formeln:
[Cu(H2O)6]2+ --> hellblau
[CuCl(H2O)5]+ --> grün
[Cu(NH3)4]2+ --> tief dunkelblau
Es handelt sich um Komplexkationen (positiv geladene Ionen).
Wie werden diese Ionen benannt?
Aufgabe: Lies den Text zur Nomenklatur. Versuchen die Namen
der Komplexe rechts unten auf dem Blatt nachzuvollziehen.
Benenne folgende Komplexe/ Komplexionen/ Komplexsalze:
K[Fe(CN)6]; Na[Al(OH)4]; [Ni(CN)4]Cl2; [Fe(CO)5];
Ca[Cu(NH3)4(H2O)2]
Wir lösen gemeinsam!!!
Komplexnomenklatur
1. Ist der Komplex in einem Salz enthalten, so wird,
wie bei normalen Salzen zunächst das Kation, dann
das Anion benannt.
2. Innerhalb des Komplexes werden als erstes die
Liganden benannt, wobei anionische vor neutralen
Liganden stehen. Die Anzahl wird mit griechischen
Zahlwörtern angegeben.
3. Ist der Komplex kationisch oder neutral, wird das
Zentralteilchen mit seinem normalen Namen
benannt, ist er anionisch erhält das Zentralteilchen
seinen lateinischen Namen mit der Endung -at
Bsp.: K[Fe(CN)6]...Kalium-hexacyanoferrat
Na[Al(OH)4]...Natrium-tetrahydroxoaluminat
[Ni(CN)4]Cl2...Tetracyanonickel-chlorid
[Fe(CO)5]...Pentacarbonyleisen
Cyanidlaugerei
Gewinnung von Gold:
- Amalgamverfahren mit
Quecksilber (sehr giftig!)
- Bildung von
Cyanokomplexen durch
Zufügen von NaCN an der
Luft zu gemahlenem Erz:
4 Au + 8 CN- + 2 H2O + O2
--> 4 [Au(CN)2]- + 4 OH- Gewinnung des Gold durch
Austausch des Zentralions:
2 [Au(CN)2]- + Zn -->
[Zn(CN)4]2- + 2 Au
Was wissen wir schon?
- Komplexe sind Verbindungen aus Bestandteilen, die
eigentlich schon stabil wären (Ionen, Moleküle).
- Komplexe bestehen aus einem Zentralteilchen (meist
Zentralion; meist Kation eines Übergangsmetalls)
- Das Zentralion ist von Liganden umgeben, deren Zahl die
Koordinationszahl (KZ) ist.
- Die Liganden sind mehr oder weniger
fest an das Zentralion gebunden, so dass
dieses z.T. nicht mehr für andere
Reaktionen zur Verfügung steht.
- Die schwach gebundenen Liganden
können gegen andere ausgetauscht werden.
- Komplexe haben lange Namen :-)!
Besprechung Praktikum I
1. Kristallwasser:
CuSO4x5H2O; CoCl2x6H2O; NiSO4x6H2O
In wässriger Lösung bilden sich Aquakomplexe. Beim Verdunsten des H2O
werden die Wassermoleküle ins Kristallgitter eingebaut.
Das Kristallwasser muss bei der Berechnung des MW beachtet werden.
2. Cobaltkomplexe:
Zugabe von HCl (viel Cl--Ionen) führt zum
Austausch der H2O-Moleküle gegen die Ionen. Die
Komplexe stehen in einem Gleichgewicht.
Was geschieht beim Lösen von CoCl2 in wenig
Wasser?
Besprechung Praktikum I
2. Cobaltkomplexe:
Bei der Zugabe von NaCl (fest) kann kein blauer
Cobaltkomplex erhalten werden (Konz. zu gering).
Beim Erhitzen der Lösung mit NaCl färbte sie sich
blau.
Die Aqua- und Chloro-Komplexe stehen im GG,
welches nicht nur durch Konz.-Veränderungen,
sondern auch durch Temp.-Veränderung
verschoben werden kann.
3. Cobaltkomplexe:
Bei der Zugabe von NH3 fällt zunächst grün-blaues
Co(OH)2 aus, welches sich bei weiterer Zugabe
wieder auflöst (Komplexierung; brauner Komplex).
Besprechung Praktikum I
4. Nickelkomplexe:
Bei der Zugabe von NH3 zur NiSO4-Lösung
entsteht ebenfalls der Amminkomplex.
Wird zu diesem Komplex der HexaammincobaltKomplex gegeben....
5. Silberkomplexe:
Der erste Schritt ist die Zugabe von
Silbernitratlösung zu NaCl-Lösung. Es ergibt sich
ein Niederschlag.
Was ist passiert? Was fällt aus?
Bei Zugabe von NH3 löst sich der Niederschlag
wieder auf. Stichwort: Komplexierung
Einstieg: Glycinkupfer
Im Praktikum habt ihr wunderbar
blaues Glycinkupfer (ein
neutraler Komplex) hergestellt.
Glycin ist die einfachste
Aminosäure, aus der die Eiweisse
aufgebaut sind.
Glyinc-Komplexe mit
anorganischen Matallionen
werden in Tierfutter zur
Versorgung mit
Spurenelementen eingesetzt.
Was ist der Vorteil zu
Kupfersalzen?
Besprechung Praktikum I
Silberkomplexe:
- Der erste Schritt ist die Zugabe von Silbernitratlösung
zu NaCl-Lösung. Es ergibt sich ein Niederschlag.
Was ist passiert? Was fällt aus?
Bei Zugabe von NH3 löst sich der Niederschlag wieder
auf. Stichwort: Komplexierung
- Bei der Zugabe von KBr entstand wiederum ein
Niederschlag. Das Silberion wurde aus dem schwachen
Komplex entfernt.
- Dieses Salz konnte durch Zugabe von ThiosulfatAnionen erneut komplexiert werden.
- Kaliumiodid, mit seinen I--Anionen schaffte es wieder
das Silber aus dem Komplex zu entfernen. Es entstand
gelbliches, festes Silberiodid.
Wie sind die Komplexe
dreidimensional
aufgebaut?
Struktur von Komplexen
Das Entstehen von Aggregaten aus, an sich
stabilen Ionen und Molekülen kann auf
verschiedene Arten erklärt werden.
+
Eine einfache Erklärung wäre die der
gegenseitigen Anziehung positiv und negativ
geladener Ionen bzw. die Wechselwirkung eines
Ions mit einem polaren Molekül.
Dabei stellen die Liganden freie Elektronenpaare
zur Verfügung und das Zentralteilchen nutzt
diese zusätzlichen Elektronen zur Erreichung
noch stabilerer Zustände.
Auf Grund der gegenseitigen Abstossung der
Liganden ergeben sich daraus ganz bestimmte
räumliche Strukturen, die aus dem EPA-Modell
abgeleitet werden können.
_
ElektronenpaarAbstossungsmodell (EPA)
1.
Bindende und freie
Elektronenpaare ordnen
sich um den Rumpf so an,
dass sie einen möglichst
großen Abstand
voneinander haben.
2.
Nicht-bindende
Elektronenpaare
beeinflussen die Gestalt
(mehr Raum) des
Moleküls.
3.
Mehrfachbindungen bilden
eine Einheit.
[Cu(NH3)4]2+
[Cu(H2O)6]2+
Einstieg: Fotografie
Beim Belichten
eines Films
entstehen an
den hellen
Stellen zunächst
Silberionen, die
dann zu
metallischem
Silber reduziert
werden.
Das nicht
belichtete
Silberbromid
wird aus dem Film herausgelöst. Die geschieht (wie im Praktikum)
durch Komplexierung des schwerlöslichen Salzes mit
Thiosulfationen. Erst dann darf der Film wieder ans Licht gelangen.
Werners Koordinationslehre
Die Theorie zur Erklärung der Struktur von Komplexen wurde
von Alfred Werner vor über 100 Jahren in Zürich quasi
über Nacht aufgestellt und basierte nur auf Vermutungen.
Später konnte die Theorie aber durch die Herstellung
tausender Substanzen bewiesen werden, deren untersuchte
Eigenschaften mit dem Theorie in Einklang standen.
Unter anderem arbeitete Werner mit dem Komplex
[CoCl2(NH3)4] Cl. Er konnte zwei verschiedene Salze mit
dieser Summenformel herstellen (eines war grün, das andere
violett).
Mit dem Wissen über die Struktur der Komplexe, versuche
eine Erklärung für die unterschiedlichen Eigenschaften zu
finden und zeichne beide möglichen Komplexe auf. Benenne
sie!
Isomerie bei Komplexen
2
3
3
cis...zu-sammen; trans...auseinander
Wieviele mögliche Isomere gibt es?
Wie reagieren Komplexe?
- Ligandenaustausch und
was noch?
Wann reagieren
Komplexe? - Stabilität von
Komplexen
Reaktionen von Komplexen
- Aquakomplexe sind wenig stabil. Die
Wassermoleküle sind nur schwach gebunden.
- Die Liganden können durch andere ersetzt werden.
- Bei diesen
Ligandenaustauschreaktionen bleibt die
Koordinationszahl oft erhalten (muss aber nicht).
- Sind zwei Komplexe ähnlich stabil stellt sich ein
konzentrationsabhängiges Gleichgewicht ein.
[Cu(H2O)6]2+ + Cl-
[CuCl(H2O)5]+
- Eine eher selten auftretende Reaktion ist der
Austausch des Zentralteilchens.
Tausch des Zentralteilchens
Geht in 4er-Gruppen zusammen und führt folgenden
Versuch am Platz (leerer Tisch) durch.
Achtung! Konz. HCl und konz. NH3 sind ätzend (Hände
waschen!!!)
1. Gib etwas (1cm hoch) 0,1M Kupfersulfatlösung in ein
RG.
2. Tropfe etwas (ca. 0,5cm hoch) konz. HCl hinzu. Was
passiert? Notiere deine Beobachtungen!
3. Gib eine Spatelspitze Kupferpulver zu und schüttle.
Was passiert? Was kannst du beobachten?
4. Lasse den Zustand des Experimentes kontrollieren.
5. Gib zunächst nur ca. 3 Tropfen konz. NH3 zu und
beobachte. Schüttle leicht. Gib dann nach und nach
mehr NH3 und beobachte weiter.
6. Schüttle dann auch einmal stärker. Was passiert?
Was passierte?
Siehe Tafel!!!
Einstieg: Wasserenthärtung
Bestimmte Ionen (Ca2+ und Mg2+)
im Wasser beeinflussen dessen
Geschmack und Verarbeitbarkeit.
Wie können diese Ionen entfernt
oder maskiert werden?
- Fällung
- Komplexierung:
Na12[(AlO2)12(SiO2)12] x 27H2O =
Zeolith A
- Ionentauscher:
Pentanatriumtriphosphat
(Na5P3O10); Nitriloessigsäure
(NTA); Ethylendiamintetraacetat
(EDTA)
Farbspiel
RG1: Eisen(III)chlorid wird in Wasser gelöst.
RG2: Kaliumchlorid wird in Wasser gelöst.
 Etwas von RG 1. wird zu RG 2. gegeben.
= RG3
V
 Kaliumthiocyanatlösung (KSCN) wird zu Reagenzglas 1.
gegeben.
RG4: Natriumchlorid wird in Wasser gelöst und etwas von
RG 3. wird dazu gegeben.
 Natriumfluoridlösung wird zu RG 3. gegeben.
Versuche nachzuvollziehen was gemacht wurde.
Welche Teilchen sind für die Farbänderungen
verantwortlich?
Was kannst du über die Stabilität der Komplexe
aussagen?
Stabilität von Komplexen
Der Komplex von Fe3+-Ionen mit Wasser ist wenig
stabil. Er wird durch Zugabe von SCN--Ionen
verändert.
Der Komplex von Eisen und F--Ionen ist noch
stabiler. Zugabe von SCN--Ionen führt nicht zu
dessen Veränderung.
Ebenso verhält es sich mit dem
Kupferhexachlorokomplex, der durch
Verdünnung in den Hexaaquakomplex
umgewandelt werden kann, wohingegen der
Kupfertetraaminkomplex durch Wasser nur
verdünnt wird.
Stabilität von Komplexen
Inzwischen hast du eine Vielzahl von Lösungen mit
Komplexen gesehen und auch wie sich Komplexe
verändern lassen.
Es kamen dabei stabile und weniger stabile Komplexe
vor.
Komplexe mit Wasser sind instabil und so können aus
ihren Lösungen andere Komplexe hergestellt werden.
Der Kupferkomplexe mit Ammoniak ist stabil. Er wird
durch Wasserzugabe nur verdünnt und das Zentralion
steht nicht für die typischen Reaktionen zur Verfügung.
Die Stabilität von Komplexen kann mit Hilfe der
Komplexbildungs- bzw. -dissoziationskonstante
ausgedrückt werden.
Komplexbildungskonstante
Komplexdissoziationskonstante
Gibt man ein Komplexsalz bzw. einen neutralen
Komplex in Wasser, so ist es möglich, dass die Liganden
durch Wassermoleküle ersetzt werden bzw. dass,
verinfacht gesagt, der Komplex dissoziiert.
Aufgabe:
- Stelle die Dissoziation des Diaminsilberkations in seine
Bestandteile mit einer Reaktionsgleichung dar.
- Stelle das MWG auf.
Die Gleichgewichtskonstante entspricht in diesem Fall
der Komplexdissoziationskonstante KD. Der Umkehrwert
ist die Komplexbildungs- oder Stabilitätskonstante.
Wie sehen die Werte für einen stabilen Komplex aus?
Aufgabe
Mit den folgenden Werte, führe eine Berechnung
durch:
KD([Ag(NH3)2]+) = 6x10-8 mol2/l2
Löslichkeitsprodukt KL (AgCl) = 2x10-10 mol2/l2
Wie viel (Masse in g) Silberchlorid kann maximal in 1l
einer 0,1M Ammoniaklösung gelöst werden?
Farbigkeit
- Wir sehen Licht/ Farben,
welches bestimmten
Wellenlängen des
elektromagnetischen
Spektrums entspricht.
- Man unterscheidet
strahlende Körper
(Emission) und Stoffe,
welche Licht absorbieren.
- Absorption kommt
durch die Anregung von
Elektronen zustande.
Chelatkomplexe
Zu einigen der sehr stabilen Komplexe gehören
solche mit Liganden, die mehr als eine
Bindungsstelle besitzen, sog. Chelatliganden.
Aufgabe:
Lies den ausgeteilten Infotext zu Chelatkomplexen.
Lies ihn langsam und versuche ihn zu verstehen.
Frage bei Bedarf nach.
Versuche herauszufinden, woher das Wort „Chelat“ stammt.
Kannst du in den dreidimensionalen Zeichnungen die
angegebenen Moleküle wieder erkennen?
Schreibe dir heraus, wozu Chelatliganden eingesetzt werden
können.
Nach dem Lesen siehst du noch einen Versuch!!!
Es ist noch nicht geklärt,
warum und wie viele
Liganden an ein
Zentralteilchen binden und
warum manche Komplexe
stabiler sind als andere.
Auch warum Komplex
farbig erscheinen ist noch
unklar.
Komplexbindungstheorien
Lies den ersten Teil des Textes zu den
Komplexbindungstheorien.
Mit der Annahme, das Zustandekommen von
Komplexbindungen beruhe nur auf der Edelgasregel,
wie viele Liganden müssten die folgenden
Zentralionen binden?
Al3+, Fe2+, Co3+ und Zn2+
Welche räumliche Anordnung ist für die gefundenen
Liganden (Koordinationszahl) nach dem
Elektronenpaarabstossungsmodell nur möglich?
Rekapitulation
Elektronen
- Elektronen, die um
einen Atomkern
vorhanden sind, haben
unterschiedliche
Energie -->
Elektronenschalen
- Die Energie von
Elektronen kann sich
nur in festgelegten
Paketen (Quanten)
verändern -->
Linienspektren
Rekapitulation Elektronen
- Man unterscheidet die Energieniveaus der Schalen mit
Hilfe der Hauptquantenzahl n (n = 1, 2, 3...).
- Man findet das in eine Schale 2n2 Elektronen passen.
- Die Energie der Elektronen innerhalb einer Schale ist
ebenfalls unterschiedlich
und man unterscheidet
sie mit der Nebenquantenzahl l
(l = 0 bis n-1) .
- Die Zahl der Unterschalen entspricht n.
Man bezeichnet die
Energieniveaus mit
s (2e-) , p (6e-) ,
d (10e-) und f (14e-).
Rekapitulation Elektronen
Die zweite Schale enthält acht (2 x 22) Elektronen. Diese
sitzen in zwei (n = 2) Unterschalen. Das Diagramm der
Ionisierungsenergien enthält mehrere Sprünge. Der erste
kennzeichnet die Füllung der ersten Unterschale (l = 0). Der
zweite die halbe Füllung der zweiten Unterschale (l = 1). Und
der dritte die Komplette Füllung der zweiten Unterschale.
Daraus kann man die
Hund‘sche Regel ableiten,
wonach zunächst die Unterschalen halb gefüllt werden,
also ungepaarte Elektronen
auftreten (siehe C-Atom).
Energieniveaus der Schalen
Von jeder Atom- oder
Ionensorte kann die
Elektronenkonfiguration
angegeben werden. Dabei muss
beachtet werden, in welcher
Reihenfolge die Schalen und
Unterschalen gefüllt werden.
Das Energieniveauschema
zeigt, dass die 4s Unterschale
vor der 3d Unterschale gefüllt
wird (s. Periodensystem)
Aufgabe: Wie viele Elektronen passen in die 3. Schale (n=3)? Welche
Nebenquantenzahlen kommen vor? Welche Unterschalen werden bei
den Nebengruppenmetallen der 4. Periode gefüllt? Wie lautet die
Elektronenkonfiguration von Zn?
Rekapitulation
Orbitale
- Genau wie Licht, verhalten sich
Elektronen teilweise wie Wellen.
- Es kann nicht vorausgesagt
werden, an welcher Stelle ein
einzelnes Elektron auftrifft -->
Unschärferelation
- Elektronen, die um einen Kern
„gefangen“ sind, schwingen als
dreidimensionale stehende Wellen
--> Quadrat der Wellenfunktion
entspricht
Aufenthaltswahrscheinlichkeit -->
Räumliche Verteilung = Orbital
Orbitale
Berechnet man die Wellenfunktion für die Elektronen
verschiedener Haupt- und Nebenquantenzahlen, so
kann man die räumliche
z
Aufenthaltswahrscheinlichkeit
erhalten. Jedes Orbital kann
mit maximal zwei Elektronen
y
x
besetzt sein. Es gibt px, py, pz,
dxy, dxz, dyz, dx2-y2, dz2
Hybridisierung
Durch die Kombination der
Wellenfunktionen verschiedener
Orbitale entstehen neue
Wahrscheinlichkeitsverteilungen,
welche räumlich verschiedene
Anordnung von Elektronen zeigen.
Dies ist nötig um die räumliche
Anordnung bestimmter Moleküle zu
erklären.
Übersicht Hybridisierungen
sp3: vier Orbitale; räumliche Anordnung: tetraedrisch;
z.B. Methan
sp2: drei Orbitale; räumliche Anordnung: planar; z.B.
Ethen
dsp2: vier Orbitale; räumliche Anrodnung: quadratisch
planar; z.B. Tetracyanonickel [Ni(CN4)]2sp: zwei Orbitale; rämumliche Anordnung: linear; z.B.
Ethin
sp3d2: sechs Orbitale; räumliche Anordnung:
oktaedrisch; z.B. Hexaaminnickel [Ni(NH3)6]2+
Wie kommt denn nun die
Farbe zustande?
Farben von
Cobaltkomplexen
Es sind Cobaltkomplexe mit den Liganden
en, NO2- und Cl- vorhanden. Je stärker ein Ligand
die Energie der d-Orbitale aufzuspalten vermag,
desto energiereicher ist das absorbierte Licht.
Mit diesem Wissen, ordne
die Liganden den vorne
stehenden Komplexen zu.
Erstelle eine Reihenfolge
der Stärke der Liganden.
Auch die Zentralteilchen
spalten unterschiedliche
stark auf. Ordne Ni2+, Co2+, Fe3+.
Komplexe in Technik und Natur
Komplexe Verbindungen sind gar nicht so selten und
so uninteressant, wie man vielleicht denken mag.
In der chemischen Industrie werden Komplexe für
folgende Dinge eingesetzt:
- Gewinnung von Gold
aus metallhaltigem Sand
- Wasserenthärtung
(u.a. in Waschmitteln)
- Fixieren in der Fotografie
Komplexe in der Natur
Einige der für uns wichtigsten Biomoleküle beinhalten
Komplexe:
- Eisen-Komplex (Fe): Hämoglobin und Myoglobin
- Magnesium-Komplex (Mg): Chlorophyll
- Cobalt-Komplex (Co): Vitamin B12
Einstieg: Vitamin B12
Vitamine sind Amine (spezielle
organische Moleküle), welche für
das Leben essentiell sind.
Die B-Vitamine sind alle
wasserlöslich und Vorstufen für
Coenzyme (Hilfsstoffe fürr
Enzyme). Sie sind chemisch alle
sehr verschieden.
Vitamin B12 (Cobalamin) ist nur
an zwei sehr komplizierten
Reaktionen im Körper beteiligt.
Es kann nur von Mikroorganismen
(Verdauungstrakt; ungewaschene
Pflanzen) gebildet werden.