Chelatkomplexe 09:16 min

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In diesem Film werden wir uns mit interessanten Metallkomplexen wie mit diesem befassen. Im Zentrum des Komplexes befindet sich das Zentral-Ion. Ihr habt es bereits kennengelernt. Der vorliegende Komplex wird von 2 Sorten von Liganden umgeben. Die blau gekennzeichneten sind Stickstoff-Atome, die über jeweils 1 freies Elektronenpaar verfügen. Die roten Kugeln symbolisieren Sauerstoff-Atome, die auch jeweils 1 freies Elektronenpaar in die koordinative Bindung einbringen.

Das Video heißt "Chelatkomplexe". Das Video kommt aus der Reihe "Metallkomplexe". Die nötigen Vorkenntnisse kannst du in den Videos "Koordinative Bindung" und "Aufbau von Metallkomplexen" erwerben. Ziel des Videos ist, euch eine erste Einführung in die Chelatkomplexe zu präsentieren.

Den Film habe ich in 5 Abschnitte unterteilt: 1. Liganden und Zähnigkeit 2. Bauprinzip von Chelatkomplexen 3. Chelatoren 4. Verwendung von Chelatkomplexen und 5. Zusammenfassung.

1. Liganden und Zähnigkeit

Schauen wir uns einmal einige Liganden an, die wir bereits besprochen haben: Carbonyl, Ammin, Cyanido. Jeder der Liganden liefert nur ein einziges Donator-Atom beim Entstehen der koordinativen Bindung. Und jetzt schauen wir uns einmal diese chemische Verbindung an. Man sieht, es ist ein Diammin. Diese Verbindung verfügt über mehrere Donator-Atome, nämlich über 2. Wenn ein Ligand über mehrere Donator-Atome verfügt, bezeichnet man ihn als Chelator. Der Name kommt aus dem Griechischen: chele - das bedeutet Krebsschere. Das Diammin ist ein Elektronen-Donator. Es kann mit einem Elektronen-Aktzeptor, wie einem Metall-Ion, eine koordinative Bindung eingehen. Metall-Ion und Chelator haben einen Chelatkomplex entstehen lassen. Der Ligand verfügt über 2 Donator-Atome in einem Molekül. Man sagt auch, er ist zweizähnig. Unter Zähnigkeit versteht man die Zahl der Donator-Atome in einem Liganden. Für das Entstehen eines Chelators und die Herausbildung eines Chelatkomplexes ist es notwendig, dass die Zähnigkeit des Liganden ≥2 ist. Es sind Chelatkomplexe bekannt, deren Liganden Zähnigkeiten von 2, 3, 4, 5, 6 und 8 besitzen. Welche Zähnigkeit besitzt hier der einzige Ligand dieses Chelatkomplexes? Habt ihr mitgezählt? Ja richtig, es ist 6.

2.  Bauprinzip von Chelatkomplexen

Das allgemeine Bauprinzip eines Chelatkomplexes ist recht einfach und funktioniert so: Man nehme einen Chelator. Diesen bringt man mit einem Metall-Ion zur Reaktion. Im Ergebnis entsteht ein Chelatkomplex. Der Chelator ist eine Lewis-Base, das Metall-Ion ist eine Lewis-Säure. Sie vereinigen sich unter Herausbildung koordinativer Bindungen und es entsteht ein Chelatkomplex. Schauen wir uns den Chelator des eingangs gezeigten Chelatkomplexes an. Und jetzt schauen wir das Metall-Ion an. Und nun bastle ich den  Chelatkomplex aus Zentral-Ion und Ligand, Schritt für Schritt. Hier ist er und ihr seht sehr schön: Dort, wo keine Bindungen vorhanden sind, die jeweils freien Elektronenpaare. Das Zentral-Ion wird im Modell als silbergraues Teilchen dargestellt. Wir wiederholen den formalen Vorgang: Chelator+Metall-Ion→Chelatkomplex.

1. Chelatoren

Ethylendiamin: Diesen Chelator kennen wir bereits. Meistens reagieren 2 Moleküle davon gleichzeitig. Der Chelator reagiert mit einem Kupfer-(II)-Ion. Es entsteht ein Chelatkomplex. Die Zähnigkeit der Liganden beträgt jeweils 2. Die Koordinationszahl des Zentral-Ions ist 4. Und noch einige Beispiele. Diethylentriamin: Die Zähnigkeit dieses Chelators ist 3. Triethylentetramin: Dieser Chelator ist 4-zähnig. Ethylendiamintetraacetat: Meistens einfach mit EDTA abgekürzt. Die Zähnigkeit dieses Chelators ist 6. Diethylentriaminpentaacetat. Und weiter: Nitrilotriessigsäure, Dimercaptobernsteinsäure, Oxalsäure, Acetylaceton. Die Chelatisierung von Yttrium-90 erfolgt durch diesen großen Chelator.

1. Verwendung

Chelatkomplexe stellen in der Biologie eine wichtige Strukturform dar. Man findet sie im Häm, das Bestandteil des Hämoglobins ist.

In der analytischen Chemie werden Chelatkomplexe in der sogenannten Komplexometrie, auch Chelatometrie genannt, verwendet. Ganz wichtig und populär sind hier die EDTA-Komplexe. Ihr kennt sie bereits. EDTA wird als Chelator bei der Titration von Schwermetall-Ionen und Ionen der II. Hauptgruppe des PSE verwendet. Klassische Indikatoren zur Feststellung des Endpunktes der Tiration sind Murexid und Eriochromschwarz-T.

Als Weiteres werden Chelatkomplexe als Rostumwandler verwendet. Das Ergebnis dieser Entrostung ist beeindruckend, oder etwa nicht? Im Rost befinden sich Eisen-(III)-Ionen, die teilweise mit der Oberfläche des Eisens verbunden sind. Ein Chelator als Komplexbildner reißt die Eisen-(III)-Ionen von der Eisenoberfläche weg. Sie werden herausgelöst und das Rostgebilde fällt in sich zusammen. Der gebildete Chelatkomplex führt zu einer Reinigung der Eisenoberfläche und damit zu einer Entrostung.

In der Medizin werden Chelatkomplexe bei der Vergiftung durch Schwermetalle verwendet. Die giftigen Metall-Ionen reagieren mit dem Chelator und bilden einen ungiftigen, weil unlöslichen Chelatkomplex. Dieser kann aus dem Organismus ausgeschieden werden und es kommt zur Entgiftung. Ein zweite medizinische Verwendung der Chelatkomplexe findet bei der Blutabnahme statt. Blut an der Luft koaguliert und das ist ärgerlich. Heute weiß man, dass die Koagulation des Blutes unter Beteilung von Calcium-Ionen stattfindet. Die koagulierende Wirkung der Calcium-Ionen soll beseitigt werden, daher lässt man sie mit geeigneten Chelatoren reagieren. Bei Citronensäure und EDTA handelt es sich um solche Chelatoren. Es bildet sich ein unlöslicher Chelatkomplex. Die verwendeten Monovetten enthalten schon Citronensäure bzw. EDTA. Die Wirkung der Calcium-Ionen wird ausgeschaltet. Die Koagulation des Blutes findet nicht statt.

1. Zusammenfassung

Wenn ein Ligand eine Zähnigkeit von ≥2 hat, so nennt man ihn Chelator. Ein Chelator ist fähig, mit einem Metall-Ion einen stabilen Chelatkomplex zu bilden. Chelatkomplexe spielen eine wichtige Rolle in der Biologie, als Entroster, in der Analytik und in der Medizin.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen!