komplexchemie von: kirsten bartmann sabrina hönig christian rakers theodoros veziridis daniel...
TRANSCRIPT
Komplexchemie
von:Kirsten Bartmann
Sabrina HönigChristian Rakers
Theodoros VeziridisDaniel Krupke
Definition
„Das Prinzip der Bindung in Komplexen ist die Wechselwirkung eines elektronisch ungesättigten Zentralteilchens mit Partnern (= Liganden), die mindestens ein freies Elektronenpaar besitzen. Bindet dabei das Zentralteilchen mehr Bindungspartner, als dies nach dessen Ladung oder Stellung im PSE zu erwarten ist, so liegt ein Komplex vor.“
(Friedhelm Kober in „Komplex – Versuch einer Definition)
Nomenklatur von Komplexen
Folgende Merkmale sind bei der formelmäßigen Wiedergabe zu beachten:
• Der eigentliche Komplex wird in eckige Klammern gesetzt• In den eckigen Klammern wird zuerst das Zentralion oder Zentralatom geschrieben, dann die anionischen, dann die neutralen Liganden.• Die Reihenfolge der Liganden sollte in jeder Klasse durch die alphabetische Reihenfolge der entsprechenden Symbole gegeben sein.
IonName Ion Name
O2– Oxid SO32– Sulfit
S2– Sulfid HSO3– Hydrogensulfit (Bisulfit)
F– Fluorid ClO4– Perchlorat
Cl– Chlorid ClO3– Chlorat
Br– Bromid ClO2– Chlorit
I– Iodid ClO– Hypochlorit
CO32– Carbonat PO4
3– Phosphat
HCO3– Hydrogencarbonat (Bicarbonat) HSO4
– Hydrogensulfat
HPO42– Hydrogenphosphat SO4
2– Sulfat
CN– Cyanid H2PO4– Dihydrogenphosphat
NO3– Nitrat CrO4
2– Chromat
NO2– Nitrit Cr2O7
2– Dichromat
OH– Hydroxid MnO4– Permanganat
H3CCOO– Acetat O22– Peroxid
Geschichte der Komplexchemie
• 1597 Erster dokumentierter Beleg einer Komplex-verbindung vom Arzt Libavius
• 1704 Diesbach und Dippel entdecken das „Berliner Blau“ K[FeIIIFeII(CN)6]
• 19. Jh. Führende Chemiker Frémy (Benennung von Komplexen nach Farben) und Jørgensen
(Synthese einer Vielzahl von Komplexver-bindungen)
Geschichte der Komplexchemie
• 1870 Kettentheorie von Blomstrand
Bsp.: Vorstellung des Hexamminkobalt(II)-chlorids („Cobaltchlorid-Ammonikat“)
Co
NH3
NH3
NH3
Cl
NH3
Cl
NH3 NH3 Cl
Werners Koordinationstheorie
• Alfred Werner (1866-1919) – „Vater der Komplexchemie“
• 1893 „Beiträge zur Konstitution anorganischer Verbindungen“
• Werners Koordinationstheorie – „eine geniale Frechheit“
• Bindung von Liganden in erster oder zweiter Sphäre
Werners Koordinationstheorie
• Jedes Ion besitzt Hauptvalenzen, einige außerdem Nebenvalenzen
• Festere Bindung der Bindungspartner durch die Nebenvalenzen
• Nebenvalenzen sind räumlich gerichtet• Geometrie: KZ 6: Oktaeder
KZ 4: tetraedrische oder quadratisch-planare Anordnung
KZ 2: linear
Werners Koordinationstheorie
Werners Erfolge• 1894 Erklärung der Ergebnisse von Leitfähigkeits-
messungen an Amminkobaltkomplexen• 1911 Beweis der stereochemischen Vorstellung
durch Enantiomerentrennung durch den Doktoranden Victor King
• 1913 Nobelpreis für Chemie
→ seine Hypothesen sind noch heute theoretische Basis der Komplexchemie
Valence-Bond-Theorie
• Bindung durch Überlappung eines gefüllten Liganden-orbitals mit einem leeren Orbital des Zentralatoms
• Hybridisierungstyp der Orbitale des Zentralatoms
→ räumliche Anordnung der Liganden
Häufigste Hybridisierungstypen:
d2sp3sp3 dsp2
Valence-Bond-Theorie
Fe2+
3d 4s 4p 4d
[Fe(H2O)6]2+
sp3d2-Hybrid
[Fe(CN)6]4-
d2sp3-Hybrid
paramagnetisch
diamagnetisch durch Spinpaarung
Ligandenfeldtheorie
• Grundlage: Wechselwirkung der Liganden eines Komplexes mit den d-Elektronen des Zentralatoms
• Übergangsmetallionen: 5 entartete d-Orbitale
dx2-y
2 dz2
dxy dxz dyz
• Manganate: tetraedrisches Ligandenfeld• Aufhebung der Entartung der d-Orbitale
Ligandenfeldtheorie
Ligandenfeldtheorie
05/345/26 TTSchwerpunktsatz:
Energie
kugelsymmetrisches Ligandenfeld
isoliertes Ion tetraedrisches Ligandenfeld
d-Orbitale
d-Orbitale dx2-y
2dz2
dxy dxz dyz2/5 T
3/5 T
T
t2-Orbitale
e-Orbitale
Ligandenfeldtheorie
• High-spin-Zustand: größtmögliche Zahl ungepaarter d-Elektronen beim Zentralion (Hundsche Regel)
d0 im
MnO4-
d1 im
MnO4 2-
d2 im
MnO4 3-
d3 im
MnO4 4-
Ligandenfeldtheorie
d3 im
MnO4 4-
• Low-spin-Zustand: geringstmögliche Zahl ungepaarter d-Elektronen
• Low-spin-Komplex, wenn Δ > Spinpaarungsenergie
High-spin Low-spin
Chelateffekt
• Griech. Chelé (Krebsschere)• Thermodynamischer Effekt: Entropiegewinn
ΔGB= ΔHB - TΔSB
RT
G
B
B
eK
Cu(H2O)6 2+
(aq) + 2 en (aq) Cu(H2O)2(en)2 2+
(aq) + 4 H2O
Chelateffekt
• Kinetischer Effekt: Besetzung der zweiten Koordinationsstelle wahrscheinlicher als bei einzähnigen Liganden
Cu
H2N
NH2
H2N
NH2
Bedeutung und Verwendung
• Blutfarbstoff Hämoglobin• Pflanzenfarbstoff Chlorophyll
• Vitamin B12
• Photographie (Fixiersalz)• Bestimmung der Wasserhärte• Galvanotechnik• Cyanidlaugerei• „optische Thermometer“
Schwermetalle im Boden
• Einige Schwermetalle essentiell für lebende Organismen• Werden jedoch nur in sehr kleinen Mengen benötigt• Hohe Mengen wirken stark toxisch• Werden durch anthropogene Ursachen (z. B.
Industrieabfälle, Aufbereitung von Metallen) und Natürliche Ursachen (Vulkane, Erosion) im Boden freigesetzt
Schwermetalle im Boden
• Nicht biologisch abbaubar• Werden in mineralischen und organischen Phasen
angereichert• Hohe Konzentration schädigt dem Boden und hemmt
wichtige Prozesse (da stark toxisch)
Schwermetalle im Boden
• Speicherung im Boden durch:• Einlagerung in Hohlräumen • Ausfällung in Metallsalzen• Verbindungen mit organisch und anorganischen
Komplexbildnern
Schwermetalle im Boden
• Komplexbildner:• Huminstoffe, Tonminerale, Eisen- und
Aluminiumoxide bzw. Hydroxide
→Schwermetalle im Boden nicht homogen verteilt, sondern an Komplexbildner angelagert
Quellen
• Wikipedia• Charles E. Mortimer 8./9. Auflage • Reinhard Demuth – Grundlagen der Komplexchemie• Taschenbuch der Chemie• Theodor C. H. Cole – Wörterbuch der Chemie• Michael Binnewies – Übungsbuch allgemeine Chemie• Mitch Fry – Startwissen Chemie• Peter W. Atkins – Chemie, einfach alles