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Metallionen und Komplexbildung 11:35 min

Textversion des Videos

Transkript Metallionen und Komplexbildung

Hallo und ganz Herzlich Willkommen. In diesem Video geht es um Metallionen und Komplexe. Du kennst Ionen, die Edelgasregel, Säuren und Basen nach Lewis, das Elektronenpaarabstoßungsmodell und das Modell der Hybridisierung. Nachher kannst du chemische Komplexe beschreiben. Du kennst ihre prinzipielle Struktur und du weißt, wofür sie verwendet werden. Im Video geht es um „Komplexverbindungen“. Komplexverbindungen werden abgekürzt auch „Komplexe“ genannt. Was sind Komplexe? Zunächst fällt einmal ihre große Farbigkeit auf. Sie werden für viele Dinge verwendet, z.B. als Filmblut. Sie halten grüne gekochte Bohnen frisch. Ohne Komplexverbindungen geht es in der Schwarz-Weiß-Fotografie nicht. Man benötigt Komplexe für die Wasserenthärtung. Komplexverbindungen sind auch bei der Weinveredelung beteiligt. Welche Metallionen bilden Komplexe? Gute Komplexbildner sind die Metallionen der Nebengruppen. Hier einige Beispiele: Kupfer liefert Cu2+, Silber gibt das Silber-Ion Ag+ und aus Gold entsteht Au3+. Auch die Ionen des Eisens, Cobalts und Nickels sind gute Komplexbildner. Und hier noch drei edle Metalle, die Komplexe bilden: Ruthenium, Platin und Iridium. Seltener bilden die Metallionen der Hauptgruppen Komplexe. Aber auch hier gibt es Beispiele. Es gibt Komplexe der Blei-Ionen und des Aluminium-Ions. Betrachten wir nun den Aufbau von Komplexen. Gelbes Nickel(II)-Chlorid wird in Wasser aufgelöst. Scheinbar keine chemische Reaktion. Das Salz löst sich auf und es bilden sich Nickel zwei Ionen und Chlorid Ionen und auf einmal wird die Lösung grün. Woher kommt das? Unter Beteiligung des Nickel(II)-Ions hat sich ein Aggregat gebildet. Ein solches Aggregat bezeichnet man als Komplexverbindung oder Kurzkomplex. Die rote Kugel im Zentrum symbolisiert das Nickel(II)-Ion. Die schwarzen Kugeln darum stellen Wassermoleküle dar. Uns interessieren natürlich Struktur und Bindung solcher Komplexe. Das Nickel(II)-Ion nennt man „Zentralatom“. Die es umhüllenden Wassermoleküle bezeichnet man als „Liganden“. Der dargestellte Komplex hat die Koordinationszahl sechs. Das Zentralatom wird von sechs einzähnigen Liganden umschlossen. „Zähnig“ ist als Bindung zu verstehen. Als Zentralatom kommen verschiedene Metallionen in Frage. Wie die Ionen des Eisens, Chroms, Nickels, Kobalts oder Aluminiums. Liganden können verschiedene geladene oder ungeladene Teilchen sein, wie Wassermoleküle, Kohlenstoffmonoxid Moleküle, Cyanid-Ionen, Fluorid-Ionen, Chlorid-Ionen oder Iodid-Ionen. Außer der hier dargestellten Struktur sind noch andere Strukturen möglich. Dieser Komplex hat die Struktur eines Oktaeders. In der chemischen Sprache stellt man den Nickelkomplex so dar: [Ni(H2O)6]2+. Ni ist das Zentralatom. (H2O)6 sind die sechs Liganden. Die Sechs ist die Koordinationszahl. 2+ ist die Ladung des Ions. Der korrekte Name dieses komplexen Ions lautet Hexamminnickel (II)-Ion. Einige wichtige Liganden werden korrekt so genannt: H2O aqua. OH- hydroxo. CN- cyanido. NH3 ammin. CO carbonyl. F- fluorido. Wie wird nun die Bindung im Komplex realisiert? Das Zentralatom ist das Nickel-Ion. Es interagiert mit den Wassermolekülen, und zwar mit einem ungepaarten Elektronenpaar. Das Nickel zwei Ion ist hier eine Lewis-Säure, das Wassermolekül eine Lewis-Base. Es ist ein „Donator“ eines Elektronenpaares. Das Nickel-Ion ist der „Akzeptor“ dieses Elektronenpaares. Merke: Liganden in Komplexverbindungen verfügen stets über ein freies Elektronenpaar. Für die Bildung von Komplexen gibt es einige Modelle und Regeln. Beginnen wir mit der Edelgasregel. Für manche Komplexe wird sie erfüllt. Das Zentralatom ist ein Zn2+-Ion. Die Liganden sind Chlorid-Ionen. Ich zeichne alle Elektronenpaare nach Lewis. Die komplexe Struktur wird von einer eckigen Klammer eingeschlossen. Das Komplex-Ion ist zweifach negativ geladen. Das zentrale Zink-Ion hat 28 Elektronen. Viermal zwei Ionen bringen die Chlorid-Ionen in den Komplex ein. Das zentrale Zink-Ion besitzt nun 36 Elektronen. Es wurde zu einer Krypton-Struktur aufgefüllt. Das heißt, das System ist stabil. Nehmen wir ein weiteres Beispiel. Das Hexacyanidoferrat(II)-Ion. Anionen und Kationen werden etwas verschieden genannt. Das Eisen(II)-Ion im Zentrum hat 24 Elektronen. Dazu kommen die sechsmal zwei freien Elektronen der Cyanid-Ionen. Das macht zusammen 36 Elektronen und eine Krypton-Elektronen-Struktur ist erreicht. Betrachten wir nun noch das Hexacyanidoferrat(III)-Ion. Das Zentralatom hat die Ladung +3. Zusammen mit den sechsmal zwei Elektronen der Cyanid-Ionen erhalten wir 35 Elektronen. Die stabile Elektronenstruktur des Kryptonatoms wird nicht erreicht. Kommen wir nun zum Elektronenpaarabstoßungsmodell und dem Modell der Hybridisierung. Ich gehe davon aus, dass ihr beide Modelle hinreichend gut kennt. Mit ihrer Hilfe kann man die verschiedenen komplexen Strukturen besser erklären und verstehen. Die dargestellten Komplexe unterscheiden sich durch die Koordinationszahlen zwei, drei, vier und sechs. Werden wir nun etwas konkreter. Die erste Struktur ist linear, das ist energetisch am günstigsten. Koordinationszahl Zwei. Ein Beispiel ist ein Komplex aus einem Silber-Ion und zwei Cyanid-Ionen. Im nächsten Beispiel liegen die Liganden auf den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks. Die Abstoßung der Elektronenpaare ist hier minimal. Koordinationszahl: Drei. Die Struktur nennt man trigonal planar. Ein Beispiel ist [PbCl3]-. Und noch komplizierter, hier ist die Koordinationszahl vier. Die Liganden liegen auf den Eckpunkten eines Tetraeders. Die Struktur heißt tetraedrisch. Ein Beispiel ist [AlCl4]-. Das letzte Beispiel, Koordinationszahl sechs. Die Struktur ist oktaedrisch. Ein Beispiel ist da bereits besprochene Eisenhexacyanidoferrat(II)-Ion. Und nun erinnert euch an die organische Chemie und die Hybridisierung des Kohlenstoffatoms. Linear, zum Beispiel im Itin. Ja, SP. Im zweiten Fall entspricht die Hybridisierung des Zentralatoms der Hybridisierung des Kohlenstoffatoms im Ethen, SP2. Tetraederstruktur weist auf SP3-Hybridisierung hin. Genau wie im Molekül des Betans. Oktaeder ist neu, daher sage ich es euch einfach so. Das Zentralatom hat eine SP3d2-Hybridisierung. Das war ein weiterer Film von André Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg! Tschüss.

3 Kommentare
  1. Welche namen gibt's noch außer Ag=Argent und Fe=Ferrat ?

    Von Lea Seyda, vor etwa 5 Jahren
  2. Negativ: Anion
    Positiv: Kation
    Oder: Ausrechnen aus Ladung Zentralatom (muss angegeben sein) und der Ladungen der Liganden.

    Von André Otto, vor etwa 5 Jahren
  3. Woran merke ich ob ein komplex anionisch oder kationisch ist? dies ist wichtig für die komplexbennenung.

    Von Lea Seyda, vor etwa 5 Jahren

Metallionen und Komplexbildung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Metallionen und Komplexbildung kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib die Anwendungsmöglichkeiten von Komplexen wieder.

    Tipps

    Komplexe werden für die Herstellung von Schwarz-Weiß-Fotografien benötigt.

    An der Herstellung von Stahl sind keine Komplexe beteiligt.

    Lösung

    Komplexe sind überaus wichtige Verbindungen und finden in vielen Bereichen der Technik und des Lebens Anwendung. Neben den hier genannten Anwendungsbereichen werden Komplexe gern für Nachweise genutzt. Ihre gut erkennbare Farbigkeit ist hierbei von Vorteil.
    Komplexe werden oft als Katalysatoren eingesetzt. Außerdem sind einige wichtige Enzyme in unserem Körper Komplexverbindungen.

  • Entscheide, bei welchen Verbindungen es sich um Komplexe handelt.

    Tipps

    Suche in der Verbindung das Zentralteilchen, die Liganden und die Ladung.

    Komplexe werden immer mit eckigen Klammern dargestellt.

    Lösung

    Damit genau klar ist, um was für einen Komplex es sich handelt, gibt es eine einheitliche Form, um diese zu schreiben.

    Komplexe werden in eckigen Klammern geschrieben. Darin wird zuerst das Zentralteilchen festgehalten. Dann kommen die Liganden mit ihrer entsprechenden Anzahl. Die eckige Klammer wird geschlossen und der Komplex erhält unter Umständen noch eine Ladung. Diese Ladung errechnet sich aus der Ladung des Zentralteilchens und der Ladung der Liganden.

  • Beschreibe den Aufbau von Komplexen anhand des gezeigten Bildes.

    Tipps

    Der Name Ammin-Ligand leitet sich vom Ammoniak $(NH_3)$ ab.

    Lösung

    Komplexe enthalten immer ein Zentralteilchen. Dies sind oft die Ionen der Übergangsmetalle. Diese findest du in den Nebengruppen des Periodensystems. Beispiele sind das Eisen(III)-Ion und das Nickel(II)-Ion.

    Dieses Zentralteilchen ist von Liganden umgeben. Je nach Art des Zentralteilchen sind verschiedene Ligandenzahlen möglich. Diese wird als Koordinationszahl bezeichnet. Häufig kommen die Koordinationszahlen 2, 4 und 6 vor.

  • Entscheide, ob die Komplexe die räumliche Struktur eines Oktaeders oder Tetraeders aufweisen.

    Tipps

    In einem Oktaeder besitzt das Zentralteilchen die Koordinationszahl 6.

    Die Koordinationszahl gibt an, von wie vielen Liganden das Zentralteilchen umgeben ist.

    Die Koordinationszahl in einem Tetraeder ist 4.

    Lösung

    Komplexe besitzen unterschiedliche räumliche Strukturen. Der hier gezeigte Hexaaqua-Eisen(III)-Komplex besitzt die Koordinationszahl 6. Die daraus resultierende Struktur ist ein Oktaeder. Diesen kannst du dir wie zwei Pyramiden vorstellen, die an der unteren Fläche zusammengeklappt sind.

    Es gibt noch weitere räumliche Strukturen wie den Tetraeder. Dabei handelt es sich um eine Pyramide mit einer dreieckigen Grundfläche. Alle Seiten der Pyramide sind genau gleich groß. Durch diesen Aufbau sind die Liganden möglichst weit voneinander entfernt und die Abstoßung ist so am geringsten.

  • Benenne die gezeigten Komplexe.

    Tipps

    Sieh dir genau die Liganden des Komplexes und auch deren Anzahl an.

    Die Komplexe unterscheiden sich auch in ihren Zentral-Ionen.

    Lösung

    Bei der Benennung von Komplexen gehst du folgendermaßen vor: Als erstes werden die Liganden benannt. Das Beispiel hier im Bild besitzt zwei verschiedene Arten von Liganden, diese werden alphabetisch geordnet angegeben. Es wird daher mit den Ammin-Liganden begonnen. Bei drei Liganden erhält der Ligandenname die Vorsilbe Tri-. Dann folgen die Chlorido-Linganden. Es sind ebenfalls 3, also -trichlorido. Am Ende wird das Zentralteilchen mit seiner Oxidationsstufe angegeben. Dies ist hier das Cobalt(III)-Ion.

    Der gesamte Name dieses Komplexes lautet also Triammintrichlorido-Cobalt(III)-Ion.

  • Beschreibe die Bindungsverhältnisse in Komplexen.

    Tipps

    Ein Donator gibt etwas ab und ein Akzeptor nimmt etwas auf. Nach diesem Konzept funktioniert auch die Redoxreaktion.

    Kovalente Bindungen sind polare und unpolare Atombindungen. In diesen Bindungen teilen sich die Partner ein gemeinsames Elektronenpaar.

    Lösung

    In Komplexverbindungen bestehen koordinative Bindungen. Dies sind Elektronenpaarbindungen, bei denen das Elektronenpaar nur von einem Bindungspartner bereitgestellt wird. Dies sind in Komplexen die Liganden. Diese Elektronenpaardonatoren werden als Lewis-Basen bezeichnet. Das Zentralteilchen eines Komplexes weist eine Elektronenlücke auf. Dadurch ist es ein Elektronenpaarakzeptor und wird Lewis-Säure genannt.

    Häufig sind die Ionen der Übergangsmetalle Zentralteilchen eines Komplexes. Durch die Bereitstellung der Elektronenpaare der Liganden ist es ihnen mitunter möglich, die nächste Edelgaskonfiguration zu erreichen und somit einen stabilen Zustand.