cn koordinationszahl

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:Komplexe gegen Krebs
Komplexe
i = −1 ;
2
i
=1
Verbindungen
• Die Chemie untersucht die Stoffe, welche die Welt
aufbauen.
• Diese Stoffe lassen sich in Stoffklassen unterteilen.
• Die wichtigsten sind die Metalle, die Salze und
die Moleküle
Untersucht man die Verbindungen, welche natürlich
oder chemisch hergestellt, stabil auf der Erde
existieren, so lassen sich drei Bindungstypen
unterscheiden:
metallisch, ionisch, kovalent
Welcher Bindungstyp vorliegt hängt davon ab,
welche Elemente die Verbindung aufbauen. Es gibt
dabei nur drei Möglichkeiten:
Metall-Metall; Nichtmetall-Nichtmetall;
Metall-Nichtmetall
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metallisch
Bindungsdreieck
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Atomverbände
ionisch
molekular
Bindungstypen
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.
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Einstieg: Löslichkeit(sprodukt)
Salze sind meist in Wasser löslich.
Dabei werden Ionen aus dem Gitter
entfernt.
Die notwendige Energie (zur Überwindung der Gitterenergie) stammt
aus der Hydratation der Ionen.
Bei schwerlöslichen Salzen überwiegt
die Gitterenergie die Hydratationsenergie bei weitem.
In einer gesättigten Lösung liegt ein dynamisches
Gleichgewicht zwischen Lösen und Kristallisieren vor.
Das Produkt der Konzentrationen der dann noch in
Lösung vorhandenen Ionen eines Salzes nennt man
Löslichkeitsprodukt (c(K+) x c(A-)).
Einstieg: Löslichkeit(sprodukt) II
Viele Hydroxide sind schwerlöslich.
Sie entstehen, wenn in einer Lösung die
Konz. der OH--Ionen das
Löslichkeitsprodukt übersteigt.
Dies kann durch Zugabe von Laugen
(Hydroxid-Lösungen oder Ammoniak;
NH3 + H2O --> NH4+ + OH-) passieren.
Wie können diese Hydroxide gelöst
werden?
Durch Zugabe eines Komplexbildners
(z.B. NH3), welcher das Metallkation in
einem (möglichst stabilen) Komplex
bindet und damit die Konzentration
freier Ionen unter das
Löslichkeitsprodukt senkt.
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)
Einstieg: Löslichkeitsprodukt
(Aufgabe)
Ni(OH)2 hat das Löslichkeitsprodukt
KL = 3x10-17 mol3/l3
-Notiere die Gleichung für den Lösevorgang von
Ni(OH)2.
- Stelle das Massenwirkungsgesetz auf (MWG).
- Wie gross ist die Konzentration an Ni2+-Ionen in
einer gesättigten Lösung, wenn der pH-Wert der
Lösung 7 beträgt.
- Wie viel einer 25% NH3-Lösung muss mindestens
zugegeben werden, um das Salz komplett zu
komplexieren, wenn 0,93g Nickelhydroxid in Wasser
gegeben werden und Ni einen Tetraaminkomplex
bildet?
Komplex- oder koordinative Bindung
Bindungspartner:
- Zentralion: meist Übergangsmetallion; warum?
- Ligand: Anion oder Dipolmolekül: z.B. H2O, Cl-... mit
freien Elektronenpaaren
warum? Zur Erlangung eines stabilen Zustands
(Auffüllen der unbesetzten Orbitale/
Aufenthaltsbereiche innerhalb einer Schale)
wie? Anlagerung durch elektrostatische
Anziehung (Ion-Ion oder Ion-Dipol)
Durchdringung durch Auffüllen der
unbesetzten Schalen
Koordinationszahl: Anzahl der Liganden bzw. besetzen
Ligandenplätze
Art der Bindung: mehr oder weniger stabil; mehr oder
weniger polar
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 :-)!
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.
Namen von Komplexen
Im ersten Komplexpraktikum kamen/kommen Komplexe mit
folgenden Zentralionen vor: Cu2+, Co2+, Ni2+, Ag+, Fe3+.
Als Liganden kamen/ kommen H2O, NH3, Cl-, Br-, F-, I-, SCN-, S2O32vor.
Die entstandenen/ entstehenden Komplexe besitzen die
Koordinationszahlen 2, 4 und 6.
Aufgabe:
Was bedeutet das Wort „Koordinationszahl“? Wie wird die Anordnung
jeweils genannt?
Wie lauten die Silben für die verwendeten Liganden im
Komplexnamen?
Schreibe (entsprechend den Beispielen unten) die Formeln der
Komplexe aus Co2+ und Cl- (KZ:6), Ni2+ und NH3 (KZ:4), Ag+ und
S2O32- (KZ:2) und Fe3+ und SCN- (KZ:6)
Lies das Gedicht zur Komplexnomenklatur und benenne die selbst
geschriebenen, sowie die unten angegebenen Komplexe.
K[Fe(CN)6]; Na[Al(OH)4]; [Ni(CN)4]Cl2; [Fe(CO)5];
Ca[Cu(NH3)4(H2O)2]
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
Einstieg: Cyanidlaugerei
Gold und Königswasser
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
Wie reagieren Komplexe? Ligandenaustausch und was
noch?
Wie sind Komplexe
dreidimensional aufgebaut?
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.
Besprechung Praktikum I
1. Kupferkomplexe:
Wasserfreies Kupfersulfat wird bei Wasserzugabe blau und erwärmt sich. CuSO4
bindet Kristallwasser. Mit mehr Wasser
bildet sich der Hexaaquakupfer-Komplex.
Die Zugabe von Chloridionen (NaCl und
HCl) führt zur Bildung des Hexachloro-Komplexes.
Bei Zugabe von NH3 bildet sich der stabile TetraaminKomplex, der durch Wasserzugabe nicht wieder
aufgelöst werden kann (vgl. Chloro-Komplex).
2. Cobaltkomplexe:
Cobaltchlorid in Wasser ergibt den Aqua-Komplex.
Zugabe von Chloridionen ergibt den Chloro-Komplex,
wobei die Menge an Cl- einen Einfluss hat (vgl. HCl und
NaCl)
Besprechung Praktikum I
2. Cobaltkomplexe:
Die Zugabe von Wasser zum Chloro-Komplex
zeigt, dass dieser ebenfalls wenig stabil ist.
Die beiden Komplexe stehen im GG, welches
ebenfalls temperaturabhängig ist.
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. Eisenkomplexe:
Beim Lösen von Eisenchlorid ergibt sich eine Mischung aus
Aqua- und Chloro-Komplex beid mit der KZ 6 und gelblich.
Die Zugabe von KSCN führt zur Bildung des tiefroten
Thiocyanato-Komplexes (Nachweis von Eisenionen).
Die Zugabe von NF führt zur Entfärbung der Lösung, wobei
der stabilere Fluoro-Komplex entsteht, aber auch festes
Eisenfluorid ausfällt.
Eine erneute Zugabe von KSCN kann die Lösung nicht
mehr rot färben.
5. Nickelkomplexe:
Bei der Zugabe von NH3 zur NiSO4-Lösung entsteht
ebenfalls der Amminkomplex.
Wird zu diesem Komplex der Hexaammincobalt-Komplex
gegeben, so zeigt sich, dass Letztere stabiler ist, da die
Lösung in braune umschlägt.
Besprechung Praktikum I
6. 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.
Einstieg: Glycinkupfer
Im Praktikum habt einig von euch
wunderbar blaues Glycinkupfer
(ein neutraler Komplex)
hergestellt.
Glycin ist die einfachste
Aminosäure, aus der die Eiweisse
aufgebaut sind.
Glycin-Komplexe mit
anorganischen Matallionen werden
in Tierfutter zur Versorgung mit
Spurenelementen eingesetzt.
Was ist der Vorteil zu
Kupfersalzen?
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.
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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.
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