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Ligandenfeldtheorie – Farbigkeit von Komplexen 07:25 min

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Transkript Ligandenfeldtheorie – Farbigkeit von Komplexen

Hallo und willkommen zu deiner Chemiestunde.

Komplexe sind meist schön bunt. Doch wie kommen diese tollen Farben zustande? Das werde ich dir jetzt in diesem Video erklären. Ich habe das Video dafür folgendermaßen gegliedert. Zuerst erkläre ich dir die Ligandenfeldtheorie. Aus diesem Zusammenhang sehen wir uns dann die Farben von Ionen in wässriger Lösung an. Einige sind farblos und einige sind farbig. Anschließend klären wir den Einfluss der Liganden auf die Farbe eines Komplexes. Am Ende folgt die Zusammenfassung des Gelernten.

Um zu verstehen wie die tollen Farben in Komplexen entstehen, bedienen wir uns der Ligandenfeldtheorie. Sehen wir uns einmal den Komplex Hexafluorido-Ferrat(III) an. Hier ist das Eisen(III)-Ion das Zentralteilchen. Es besitzt 5 Außen-e-, die sich in den d-Orbitalen befinden. Hier siehst du die 5 im Raum orientierten d-Orbitale. Die Liganden sind 6 Fluorid-Ionen. Sie sind in Form eines Oktaeders um das Eisen(III)-Ion angeordnet.
Liganden haben aufgrund ihrer e- ein elektrisches Feld. Dieses wirkt auf die Orbitale. Diejenigen, die direkt in Richtung der Liganden liegen, also das z2- und das x2-y2-Orbital, werden stärker beeinflusst. Die Beeinflussung durch das elektrische Feld der Liganden hat zur Folge, dass die d-Orbitale energetisch angehoben werden. In einem Energie-Diagramm kann man es so darstellen. Dies ist der Grundzustand der Orbitale. Sie werden dann angehoben. Die beiden Orbitale in Richtung der Liganden werden aber stärker angehoben. Daher kommt es zu einer Aufspaltung. Diese Energiedifferenz nennt man Ligandenfeldaufspaltungsenergie, kurz Delta. Soweit so gut. Was bedeutet das jetzt für den Komplex. Sehen wir uns zuerst die Farbe von Ionen in wässriger Lösung an. Die Ionen der Nebengruppenmetalle können farblos sein. Wie z.B. Silberionen in Silbernitrat. Sie besitzen voll besetzte d-Orbitale. Auch die Zink(II)-Salze sind farblos, da alle d-Orbitale voll besetzt sind. Wir wissen nun welche Ionen farblos sind und welche e-- Konfiguration diese haben. Was macht denn nun aber gelöste Ionen farbig? Dafür benötigt das Ion nicht voll besetzte d-Orbitale. Am Bsp von Ti3+ wird es deutlich. In Wasser gelöst ist dieses Ion rötlich-violett. Die Wassermoleküle sind auf Grund ihrer freien Elektronenpaare am Sauerstoff Liganden und es bilden einen Komplex mit mit dem Titan(III)-Ion, den Hexa-aqua-Titan(III)-Komplex. Durch die Wasser-Liganden kommt es zur Aufspaltung der d-Orbitale. Die Ligandenfeldaufspaltungsenergie beträgt 243 kJ/mol. Durch Lichtabsorption kann nun das e- angeregt werden und in das energetisch höhere d-Orbital wechseln. Die aufgenommene Energie dabei ist genau 243 kJ/mol. Dies entspricht einer Wellenlänge von 500 nm und somit der Farbe blaugrün. Blaugrün wird also absorbiert, dadurch erschient die Lösung für unser Auge rötlich-violett, also in der Komplementärfarbe. Wasser ist also ein guter Ligand und sorgt für eine Aufspaltung der d-Orbitale. Das lässt sich besonders gut erkennen, wenn du wasserfreie Salze mit Salzen vergleichst, die Kristallwasser enthalten. Wasserfreies Kupfersulfat ist zum Beispiel farblos. Das Pentahydrat, also das Salz mit fünf Molekülen Wasser pro Kupfersulfat, ist dagegen hellblau. Du kannst hier genau erkennen wo der Wassertropfen aufgenommen wurde. Welche Farbe genau ein Komplex zeigt hängt von seinen Liganden ab. Z.B. ist der Hexa-aqua-Nickel(II)komplex grün. Gibt man aber Ammoniak dazu wird die Lösung blau. Es hat sich der Hexa-Ammin-Nickel(II)komplex gebildet. Ammoniak ist ein stärkerer Ligand als Wasser. Daher kommt es zu einer größeren Aufspaltung. Es ist also mehr Energie nötig um Elektronen in den angeregten Zustand zu versetzen. Aus diesem Grund verschiebt sich die absorbierte Wellenlänge in den kürzeren, energiereicheren Bereich. Du hast nun gelernt wie die Farbe von Komplexen zustande kommt und wovon sie abhängt. Ich werde das Gelernte jetzt noch einmal kurz zusammenfassen. In Komplexen kommt es zu einer Aufspaltung der d-Orbitale durch das elektrische Feld der Liganden. Elektronen werden durch die Energie aus Licht angeregt und absorbieren so eine bestimmte Wellenlänge. Die Lösung des Komplexes erscheint dadurch in der Komplementärfarbe der aufgenommenen Wellenlänge. Die Stärke des Liganden bestimmt die Aufspaltungsenergie und damit maßgeblich die Farbe.

Ich hoffe du heute eine Menge gelernt. Bis zum nächsten Mal. Dein Mathias