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Aufbau von Metallkomplexen

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André Otto
Aufbau von Metallkomplexen
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Beschreibung Aufbau von Metallkomplexen

In diesem Video wird dir der Aufbau von Metallkomplexen beschrieben und erklärt. Dazu werden zuerst die Begriffe Zentral-Ion und Liganden erklärt und charakterisiert mit ihrer Bedeutung als Elektronendonator und -akzeptor nach Lewis. Du bekommst außerdem einen ersten Eindruck von der Vielzahl an Zentral-Ionen aus der Gruppe der Übergangsmetalle und der Liganden. Diese werden genauer nach anionischen und molekularen Liganden unterschieden, welche vor allem wichtig bei der Benennung der Liganden ist. Danach werden die Koordinationszahlen der Zentral-Ionen beschrieben und erste Metallkomplexe benannt. Wenn du mehr dazu erfahren willst, dann schau dir das Video an.

Transkript Aufbau von Metallkomplexen

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieses Video heißt: Aufbau von Metallkomplexen. Der Film gehört zur Reihe Metallkomplexe. Für die nötigen Vorkenntnisse solltest du das Video koordinative Bindung bereits gesehen haben. Mein Ziel ist es, dir in diesem Video die Grundlagen des Aufbaus von Metallkomplexen zu erklären. Das Video ist in 6 Abschnitte unterteilt: 1. Zentral-Ionen 2. Liganden 3. Koordinationszahl 4. Gesamtladung 5. Nomenklatur 6. Zusammenfassung 1.Zentral-Ionen: Vor uns befindet sich ein Metallkomplex. Das gelbe Teilchen in seinem Zentrum bezeichnet man als Zentral-Ion. Bei einem räumlichen Modell befindet es sich entsprechend im Zentrum. Zentral-Ionen sind Lewis-Säuren. Das heißt sie sind Akzeptoren von Elektronenpaaren. Dadurch sind sie zur Komplexbildung befähigt. Im Periodensystem der Elemente können nur ganz bestimmte Elemente Zentral-Ionen bilden, und zwar sind das die Nebengruppenelemente, die Übergangsmetalle, die über d-Orbitale verfügen. Übergangsmetalle besitzen d-Orbitale und können so leicht Elektronenlücken schaffen. Biochemisch wichtige Ionen sind das Eisen(II)-Ion, das Eisen(III)-Ion, das Cobalt(II)-Ion, das Cobalt(III)-Ion, das Zink(II)-Ion, das Kupfer(II)-Ion, das Mangan(II)-Ion und das Chrom(III)-Ion. Ich möchte nun einige Beispiele von Metallkomplexen anführen. Eisen(II)-Ionen und Eisen(III)-Ionen bilden eine Reihe interessanter Metallkomplexe. Da hätten wir als erstes das gelbe Blutlaugensalz. Eine ähnliche Zusammensetzung besitzt das rote Blutlaugensalz. Und was wäre die Farbenwelt ohne Preußisch Blau? Eisen-Ionen findet man in einem wichtigen Komplex des Lebens, im Hämoglobin. Sein wichtigster Bestandteil ist das Häm. Cobalt(II)-Ionen und Cobalt(III)-Ionen. Cobalt-Ionen bilden viele Komplexverbindungen. Eine davon stelle ich euch hier vor. Ein lebensnotwendiger Cobalt-Komplex ist das Vitamin B12. Auch die Zink-Ionen, denen man das gar nicht zutraut, bilden schöne Komplexe. Einen davon möchte ich euch hier zeigen. Von den Kupfer(II)-Ionen ist eine Vielfalt an Komplexen bekannt. Mit dreiwertigem Chrom als Zentral-Ion entsteht dieser schöne Chrom-Komplex. 2.Liganden: Liganden sind die hier rot dargestellten Atome oder Atomgruppen, die das Zentral-Ion umschließen. Liganden sind Lewis-Basen. Das heißt, sie sind Donatoren von Elektronenpaaren. Das befähigt sie, zusammen mit den Zentral-Ionen koordinative Bindungen einzugehen. Im räumlichen Modell sind die Liganden die weißen Kugeln. Wir wollen einmal die wichtigsten Liganden in einer Tabelle zusammenstellen. Liganden kann man unterteilen in Anionen und Moleküle. Das uns bereits aus der Salzchemie bekannte Fluorid-Ion wird in der Komplexchemie Fluorido bezeichnet. Chlorid entsprechend als Chlorido und Iodid als Iodido. Und in diesem Stil geht es weiter. Das Hydroxid-Ion heißt in der Komplexchemie Hydroxido. Entsprechend heißt das Cyanid-Ion, wenn es als Ligand in einem Metallkomplex auftaucht, Cyanido. Das Thiocyanat-Anion, in einem Komplex als Ligand, heißt Thiocyanato. Aus Thiolat wird Thiolato und aus Carboxylat, Carboxylato. Schauen wir uns nun die Moleküle an. Ammoniak als Ligand wird zu Ammin mit 2 m in der Mitte. Ein Amin wird, wenn es als Ligand fungiert, zum Amino. Stickstoffmonoxid als Ligand heißt ganz anders, nämlich Nitrosyl, Kohlenstoffmonoxid, ein wichtiger Ligand, Carbonyl. Sauerstoff trägt keinen speziellen Namen. Wir sprechen dann von einem Sauerstoff-Komplex. Bei den Wassermolekülen heißt der Ligand Aqua. Und schließlich können noch Alkohole sowie Ether ausgestattet durch ihre freien Elektronenpaare als Liganden fungieren. Liganden sind somit Anionen und Moleküle, die über ein freies Elektronenpaar verfügen. Interessant vom bindungstheoritischen Standpunkt sind die Liganden Cyanido und Carbonyl. Beide sind reich an π-Bindungen, die mit dem Zentral-Ion in Wechselwirkung treten können. Im Ergebnis gesellt sich zur koordinativen σ-Bindung noch zusätzlich eine π-Bindung. Das hat zur Folge, dass stabile Komplexe entstehen. 3.Koordinationszahl: Ein Zentral-Ion kann von 2 einfachen Liganden umgeben sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass es 3 sind oder gar 4 oder 5 oder vielleicht sogar 6. Die Koordinationszahl ist die Zahl der Ligandenbindungsplätze am Zentral-Ion. Es sind Koordinationszahlen von 2 bis 12 bekannt. Die häufigsten Koordinationszahlen sind 2, 4 und 6. Schauen wir uns einmal 3 Koordinationszahlen am räumlichen Modell an. Dieser Metallkomplex besitzt die Koordinationszahl 4. Hier haben wir einen Metallkomplex mit Koordinationszahl 5. Und schließlich das hier ist ein Metallkomplex mit Koordinationszahl 6. Und nun drei Beispiele zu den Koordinationszahlen 2, 4 und 6. Wir beginnen mit 2. 2 Ammin-Liganden schließen ein einwertiges Silber-Ion ein. Es handelt sich um das Diamminsilber(I)-Ion. Also Komplex-Ion wird es so geschrieben. 4 Ammoniakteilchen und 1 Kupfer(II)-Ion. Das heißt 4 Ammin-Liganden und 1 zweiwertiges Kupfer-Ion. Dieser Metallkomplex heißt Tetraminkupfer(II)-Ion. Und schließlich beim dritten Beispiel: 6 Cyanido-Liganden. Sie umhüllen ein Zentral-Ion, das Eisen(II)-Ion. Ich habe euch hier 3 schöne, um nicht zu sagen klassische Beispiele, für die Koordinationszahlen 2, 4 und 6 vorgestellt. 4.Gesamtladung: Wir betrachten das Hexacyanidoferrat(III)-Ion. Ferrat und 3 deuten auf ein dreiwertiges Eisen-Ion hin. Hexacyanido bedeutet, wir haben es mit 6 Cyanido-Liganden zu tun. Das gebildete Metallkomplex-Ion hat zunächst einmal die Formel [Fe(CN)6]. Wir addieren nun die Ladungen der einzelnen Ionen: 6×(-1) + 1×(+3) und erhalten -3. -3 ist auch die Gesamtladung des komplexen Ions. Wir prägen uns ein, die Gesamtladung ist die Summe der Teilladungen. 5.Nomenklatur: Ich möchte hier nur einige, wichtige Grundregeln nennen. Als erstes, die Liganden werden in alphabetischer Reihenfolge genannt. Also Aqua kommt vor Carbonyl. Die Zahl der Liganden wird mit kleinen griechischen Buchstaben benannt. di=zwei, tetra=vier, und hexa=sechs. Die Namen der Liganden leiten sich häufig von den Anionen ab. Bei den Molekülen müssen sie mitunter extra gelernt werden. Siehe Tabelle. Ein Beispiel: CN^- ist nicht Cyanid, sondern Cyanido. Wir haben im Zentrum stets ein Metall. Handelt es sich um ein Kation, sagt man zum Beispiel einfach Silber(I)-Ion. Ein Anion assoziiert man mit einem Säurerest-Ion. Man schreibt als einfach zum Beispiel ferrat(III)-Ion. Die römischen Zahlen in den runden Klammern bedeuten jeweils die Wertigkeit des entsprechenden Ions. Ein Salz wird einfach so bezeichnet, wie wir es bereits aus der Salzchemie kennen. Der Name des Salzes setzt sich zusammen aus Kation und Anion. Beim Kation nennt man dieses selbst nicht, sonder beschränkt sich nur auf den Namen des Metalles. Zum Beispiel: Diamminsilber(I)-Chlorid oder für ein Anion Kaliumhexacyanidoferrat(III). 6.Zusammenfassung: Die Metallkomplexe möchte ich am Beispiel des komplexen Ions [Fe(CN)6] mit der Ladung ^-2, von der wird hier noch nicht wissen, ob sie richtig ist, erläutern. Das Eisenteilchen, ein Ion, hier rot markiert, ist das Zentral-Ion. Die Cyanido-Teilchen, hier blau markiert, sind die Liganden. Die 6 ist die Koordinationszahl. ^-2 ist die Gesamtladung. Diese setzt sich aus der Summe der Teilladungen der Bestandteile des Komplexes zusammen. Wir schreiben: +2 für das Eisen(II)-Ion und 6×(-1) für die 6 Cyanido-Liganden. Wir erhalten somit -4 als Gesamtladung und müssen unseren Wert von 2- korrigieren. Koordinationszahlen überstreichen Werte von 2 bis 12. Die wichtigsten und häufigsten Koordinationszahlen betragen 2, 4 und 6. Der Name des komplexen Metall-Ions heißt: Hexacyanidoferrat(II)-Ion. Die Liganden eines Metallkomplexes werden in alphabetischer Reihenfolge genannt. Handelt es bei einem komplexen Ion um ein Anion, so wird das mit einem Säurerest-Ion assoziiert, und man schreibt am Ende at, zum Beispiel ...at(II)-Ion, wie hier. Bei einem Kation schreibt man einfach am Ende das Metall und dahinter die Wertigkeit, wie zum Beispiel ...silber(I)-Ion. Ein Salz wird genauso ausgesprochen, wie wir es aus der Salzchemie kennen, nämlich aus Kation und Anion zusammengesetzt, wobei beim Kation auf den Begriff Ion verzichtet wird. Man nennt dort einfach nur das Metall. Zum Abschluss dafür 2 Beispiele: Kaliumhexacyanidoferrat(III) und als zweites und letztes Diamminsilber(I)-chlorid. Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute! Auf Wiedersehen!

5 Kommentare

5 Kommentare
  1. Guten Abend ich finde die cool

    Von Hans Thomas Schneider, vor fast 4 Jahren
  2. Guten Morgen,

    ich habe den (hoffentlich) letzten Stand der IUPAC übersetzt. In den Lehrbüchern der Leistungskurse ist man nicht immer auf dem neuesten Stand.

    Also: Bitte bei IUPAC nachschauen.

    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 7 Jahren
  3. Hier scheint ein Fehler bei der Nomeklatur zu sein, da bei anionischen liganden zwar ein -o angehängt wird, aber dabei das -id überücksichtigt bleibt.
    Bsp.: Fluor - fluoro, Chlor - chloro, cyanid- cyano

    Ich mag falsch liegen jedoch scheint dies der Normalfall zu sein.

    Ein wenig verwirrend der Teil aber der Rest ist leicht verständlich und gut erklärt :)

    Von Berkan Uenal, vor mehr als 7 Jahren
  4. Sehr gute Videos fürs Medizinstudium

    Klasse Video!

    Von P Mahal, vor mehr als 8 Jahren
  5. Klasse Video! Sehr übersichtlich und informativ! Danke :).

    Von Studiosus Chemicus, vor mehr als 8 Jahren

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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