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Aufbau von Metallkomplexen

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Die Autor*innen
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André Otto
Aufbau von Metallkomplexen
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Aufbau von Metallkomplexen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Aufbau von Metallkomplexen kannst du es wiederholen und üben.
  • Schildere den Aufbau von Metallkomplexen.

    Tipps

    Lewis-Säuren sind Elektronenpaar-Akzeptoren.

    Lösung

    Komplexverbindungen haben eine hohe Bedeutung in Technik und Wissenschaft. Das Grundprinzip ist einfach erklärt und ermöglicht eine hohe Vielfalt unterschiedlicher Verbindungen. Es handelt sich um Verbindungen von Metallen oder Metall-Ionen mit Elektronenmangel mit Lewis-Basen. Die Lewis-Basen verfügen über ein freies Elektronenpaar, welches sie für eine Bindung zum Metall zur Verfügung stellen können. Beide Bindungselektronen werden von einem Bindungspartner zur Verfügung gestellt. Dies bezeichnet man als koordinative Bindung.

    Als Lewis-Basen kommen einfache Ionen wie Fluorid oder Chlorid in Frage, aber auch größere Moleküle mit Sauerstoff- oder Stickstoffatomen, die über freie Elektronenpaare verfügen, infrage. Häufig handelt es sich um Anionen, jedoch eignen sich auch ungeladene Moleküle als Liganden. Kationen sind als Liganden ungeeignet, da sie ja selbst einen Elektronenmangel aufweisen.

    An ein Metall-Ion können unterschiedlich viele Liganden gebunden sein. Die Anzahl der Liganden wird als Koordinationszahl bezeichnet und liegt zwischen zwei und zwölf. Komplexe mit der Koordinationszahl sechs kommen am häufigsten vor. Die Liganden bilden dabei meist einen Oktaeder, liegen also auf den Flächen eines Würfels, in dessen Zentrum sich das Zentral-Ion befindet.

    Eine weitere wichtige Kenngröße bei der Beschreibung von Komplexen ist die Gesamtladung des Komplexes. Diese ergibt sich aus der Ladung des Zentralteilchens und den Ladungen der Liganden. Die Addition dieser Ladungen ergibt die Gesamtladung des Komplexes.

  • Benenne die Liganden.

    Tipps

    Anionische Liganden enden auf -o.

    Lösung

    Liganden werden mit speziellen Namen bezeichnet. Meist leiten sich diese von den ansonsten üblichen Namen ab, in einigen Fällen muss man sich jedoch ganz eigene Namen merken.
    Anionische Liganden erkennt man daran, dass sie auf -o enden. Die Namen vieler einfacher anionischer Liganden werden gebildet, indem an den üblichen Namen die Ions ein o angehängt wird, so zum Beispiel beim Fluorido- oder Chlorido-Liganden. Auch bei anionischen Molekülen kann dieses Prinzip angewandt werden, so wird zum Beispiel aus dem Thiocyanat ein Thiocyanato-Ligand.
    Eine Ausnahme stellen die Amino-Liganden dar. Hier ist zwar ein -o am Ende des Namens zu entdecken, jedoch handelt es sich um ein ungeladenes Molekül. Dies hat historische Gründe, da die $-NH_2$-Gruppe als Amino-Gruppe bezeichnet wird. Auch bei anderen, häufig vorkommenden ungeladenen Liganden werden historisch bedingt ungewöhnliche Namen verwendet. Wichtig sind hier der Carbonyl- und der Nitrosyl-Ligand. Ein besonders wichtiger Ligand ist auch das Wasser, dieser Ligand wird als Aqua-Ligand bezeichnet.

  • Bestimme die Koordinationszahl in folgenden Komplexen.

    Tipps

    Zähle die Bindungen am Metall-Ion.

    Lösung

    Je nach Art des Liganden und Größe des Metall-Kations können unterschiedlich viele Liganden an ein Zentral-Ion koordinieren. Die Anzahl der Bindungen zwischen Zentral-Ion und Liganden wird als Koordinationszahl des Zentral-Ions bezeichnet. Besteht nur je eine Bindung zwischen jedem Liganden und dem Zentral-Ion, ist die Koordinationszahl also gleich der Anzahl der Liganden.

    An den dargestellten Komplexen sind nur Liganden beteiligt, die über je eine Bindung an das jeweilige Metall-Kation koordinieren. Es genügt daher, die Liganden zu zählen, um die Koordinationszahl zu ermitteln. Bei der Gold-Verbindung liegt diese bei zwei, beim Rhenium-Komplex wird die sehr hohe Koordinationszahl neun erreicht. Gut zu erkennen ist ein Zusammenhang zwischen Größe der Liganden und Koordinationszahl. Bei den zwei- und dreifachkoordinierten Komplexen sind große Moleküle als Liganden vorhanden, bei den Komplexen mit höheren Koordinationszahlen sind diese kleiner. Die hohe Koordinationszahl neun wird schließlich mit dem sehr kleinen Hydrid-Anion $ H^-$ erreicht.

  • Bestimme die Gesamtladung der Komplexe.

    Tipps
    Lösung

    Um die Gesamtladung eines Komplexes zu berechnen, muss die Summe der Teilladungen von Zentral-Ion und Liganden berechnet werden. Beim Komplex $[Fe(CO)_5]$ ergibt sich als Gesamtladung 0, da sowohl Zentralteilchen als auch Liganden ungeladen sind. Dies ist ein Sonderfall, der fast nur bei Carbonyl-Verbindungen vorkommt. Der Carbonyl-Ligand ist in der Lage, Metalle in ungewöhnlichen Oxidationsstufen zu stabilisieren, da hier $\pi$-Bindungen zwischen Ligand und Metall-Atom bestehen. Üblicherweise kommt Eisen – wie du sicherlich weißt – in Verbindungen nur in positiven Oxidationsstufen vor.
    Auch der Platin-Komplex hat eine Gesamtladung von 0. In diesem Fall werden aber die beiden positiven Ladungen des Platin(II)-Kations durch die beiden negativen Ladungen der Chlorido-Liganden gerade ausgeglichen. Die beiden ungeladenen Ammin-Liganden verändern die Gesamtladung nicht.
    Sind an ein positiv geladenes Zentralteilchen nur ungeladene Liganden gebunden, ergibt sich eine positive Gesamtladung. Dies ist beim Komplex $[Zn(NH_3)_4]^{2+}$ der Fall. Sind mehr Liganden mit negativer Ladung vorhanden als positive Ladungen am Metall-Kation vorhanden sind, ergibt sich insgesamt eine negative Ladung. Dies ist bei den beiden anderen Komplexen der Fall. Im Fall des Rhenium-Komplexes $[ReH_9]^{2-}$ wird sogar die hohe Ladung des Metall-Ions von +7 von der Zahl der Liganden übertroffen.

  • Benenne die folgenden Komplexe.

    Tipps

    Penta = Fünf

    Die Zahl hinter dem Komplex gibt dir die Ladung des Metall-Ions an.

    Lösung

    Die Benennung der Komplexe erfolgt nach einigen Regeln und unterscheidet sich zunächst danach, ob die Gesamtladung des Komplexes negativ ist oder nicht. Zunächst werden die Liganden alphabetisch sortiert aufgeführt, ein griechisches Zahlwort vor dem Namen des Liganden gibt die Anzahl des entsprechenden Liganden an. Anschließend wird das Metall genannt. Die Oxidationsstufe des Metalls wird in römischen Buchstaben in Klammern angefügt.
    Bei anionischen Komplexen wird dies am Namen des Metalls kenntlich gemacht, indem der lateinische Name, wenn vorhanden, verwendet wird. Außerdem wird die Endung -at verwendet, wie sonst auch üblich bei Anionen. Aus Eisen (lat. Ferrum) wird daher -ferrat. Ein anionischer Kupferkomplex ist ein -cuprat, ein anionischer Zinkkomplex ein -zinkat. Um Komplexe korrekt benennen zu können, ist es daher wichtig, die lateinischen Namen der Elemente zu kennen.
    Die Gesamtladung des Komplexes lässt sich leicht an den Namen ablesen, wenn man weiß, wie die Ladungen der Liganden ist.

  • Ermittle die Namen der Komplexe.

    Tipps

    Nona (lat.) = Neun

    Grundsätzlich:

    Anzahl der Liganden – Name des Liganden – Zentral-Ion – Oxidationsstufe

    Lösung

    Die Nomenklatur von Komplexen folgt ganz bestimmten Regeln. Es ist so eindeutig möglich, einem Komplex genau einen Namen zuzuordnen und aus dem Namen lässt sich die genaue Zusammensetzung eines Komplexes ableiten.

    Bei den Namen der Komplexe werden zunächst die Liganden genannt. Sind mehrere unterschiedliche Liganden vorhanden, werden diese in alphabetischer Reihenfolge genannt. Zur Benennung von Komplexen muss man die griechischen Zahlwörter von eins bis zwölf kennen, da die Anzahl der Liganden hiermit angegeben wird. Die griechischen Zahlwörter werden den Liganden vorausgestellt. Für den Platin-Komplex ergibt sich damit folgende Reihenfolge für die Nennung der Liganden: Diammin- (für die zwei $NH_3$-Liganden) -dichlorido (die beiden $Cl^-$-Liganden). Im Anschluss wird das Zentralteilchen genannt. Die Oxidationsstufe (= Formalladung) des Metalls wird in Klammern in römischen Ziffern hinter das Metall geschrieben. Der Platin Komplex heißt damit: Diammindichloridoplatin(II).

    Um anionische Komplexe, also Komplexe mit negativer Gesamtladung, zu kennzeichnen, wird bei diesen an den Namen des Metalls die Endung -at gehängt. Hierbei wird jedoch der lateinische Name des Elements verwendet, wenn sich dieser vom deutschen Namen unterscheidet. Bei Eisen(II)-Komplexen mit negativer Gesamtladung folgt also nach der Nennung der Liganden die Endung -ferrat(II).
    Beim Rhenium handelt es sich um einen lateinischen Namen mit der Endung -ium (der Name leitet sich vom Fluss Rhein ab). In diesem Fall wird die Endung bei anionischen Komplexen ausgetauscht, diese werden also mit -rhenat bezeichnet. Rhenate sind also anionische Rhenium-Komplexe. So ergibt sich der Name Nonahydridorhenat(VII) für den Komplex $[ReH_9]^{2-}$.

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