Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

KomplexchemieKomplexchemie Experimentalvortrag, 21.06.2007Dörthe Fillbrandt.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "KomplexchemieKomplexchemie Experimentalvortrag, 21.06.2007Dörthe Fillbrandt."—  Präsentation transkript:

1 KomplexchemieKomplexchemie Experimentalvortrag, Dörthe Fillbrandt

2 Gliederung 1.Einstieg 2.Geschichte 3.Theorien - Valence-Bond-Theorie – Magnetismus - Ligandenfeldtheorie – Farbigkeit 4.Stabilität 5.Bestimmung der Koordinationszahl 6.Bedeutung und Verwendung 7.Schulrelevanz

3 V1: Das Phänomen der Komplexbildung Bildung eines Niederschlags Löslichkeitsprodukt: Einstieg

4 V1: Das Phänomen der Komplexbildung Auflösung des Niederschlags Verbrauch an Natronlauge: ca. 40 mL Stoffmengenverhältnis: Einstieg

5 Definition „Das Prinzip der Bindung in Komplexen ist die Wechselwirkung eines elektronisch ungesättigten Zentralteilchens mit Partnern (= Liganden), die mindestens ein freies Elektronenpaar besitzen. Bindet dabei das Zentralteilchen mehr Bindungspartner, als dies nach dessen Ladung oder Stellung im PSE zu erwarten ist, so liegt ein Komplex vor.“ (Friedhelm Kober in „Komplex – Versuch einer Definition“, PdN-Ch. 4/34. Jahrgang 1985, S. 7) Einstieg

6 Geschichte der Komplexchemie 1597 Erster dokumentierter Beleg einer Komplex- verbindung vom Arzt Libavius 1704 Diesbach und Dippel entdecken das „Berliner Blau“ 19. Jh. Führende Chemiker Frémy (Benennung von Komplexen nach Farben) und Jørgensen (Synthese einer Vielzahl von Komplexver- bindungen)

7 Geschichte der Komplexchemie 1870 Kettentheorie von Blomstrand Bsp.: Vorstellung des Hexamminkobalt(II)-chlorids („Cobaltchlorid-Ammonikat“)

8 Werners Koordinationstheorie Alfred Werner ( ) – „Vater der Komplexchemie“ 1893 „Beiträge zur Konstitution anorganischer Verbindungen“ Werners Koordinationstheorie – „eine geniale Frechheit“ Bindung von Liganden in erster oder zweiter Sphäre Geschichte

9 Werners Koordinationstheorie Jedes Ion besitzt Hauptvalenzen, einige außerdem Nebenvalenzen Festere Bindung der Bindungspartner durch die Nebenvalenzen Nebenvalenzen sind räumlich gerichtet Geometrie: KZ 4: tetraedrische oder quadratisch-planare Anordnung Geschichte

10 Demo 1: Koordinationspolyeder Sechsfach koordinierte Metallatome Für Komplexe des Typs [MA 5 B] keine Isomere → Denkbare Geometrien: hexagonal planar, trigonal prismatisch, oktaedrisch Komplexe des Typs [MA 4 B 2 ]: ortho (1,2)meta (1,3)para (1,4) Planare Struktur: 3 Isomere Geschichte

11 Demo 1: Koordinationspolyeder Prismatische Struktur: 3 Isomere (1,2)(1,3) (1,4) cis (1,2)trans (1,6) Nur 2 isomere Reihen ließen sich synthetisieren → oktaedrische Koordination wahrscheinlich Geschichte Oktaedrische Struktur: 2 Isomere

12 Werners Koordinationstheorie Werners Erfolge 1894Erklärung der Ergebnisse von Leitfähigkeits- messungen an Amminkobaltkomplexen 1911Beweis der stereochemischen Vorstellung durch Enantiomerentrennung durch den Doktoranden Victor King 1913Nobelpreis für Chemie → seine Hypothesen noch heute theoretische Basis der Komplexchemie Geschichte

13 V2: Magnetische Eigenschaften Elektron: magnetisches Moment durch Bahndrehimpuls und Eigendrehimpulses (Spin) Gesamtes magnetisches Moment von Stoffen: resultiert aus Bahn- und Spinmomenten aller Ionen Substanzen mit abgeschlossenen Schalen oder Unterschalen: Diamagnetismus → Abstoßung aus äußerem Magnetfeld Substanzen mit ungepaarten Elektronen: Paramagnetismus → Anziehung Theorien

14 V2: Magnetische Eigenschaften Diamagnetischer Stoff K 4 [Fe(CN) 6 ] Paramagnetischer Stoff [Fe(H 2 O) 6 ]SO 4 B innen = Induktion des äußeren Magnetfeldes B außen = Induktion im Innern des Körpers Theorien

15 Valence-Bond-Theorie Bindung durch Überlappung eines gefüllten Liganden- orbitals mit einem leeren Orbital des Zentralatoms Hybridisierungstyp der Orbitale des Zentralatoms → räumliche Anordnung der Liganden Häufigste Hybridisierungstypen: d 2 sp 3 sp 3 dsp 2 Theorien

16 Valence-Bond-Theorie Fe 2+ 3d 4s 4p 4d [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ sp 3 d 2 -Hybrid [Fe(CN) 6 ] 4- d 2 sp 3 -Hybrid paramagnetisch diamagnetisch durch Spinpaarung Theorien

17 V3: Oxidationsstufen des Mangans violett grün blau braun-gelb Theorien

18 Ligandenfeldtheorie Grundlage: Wechselwirkung der Liganden eines Komplexes mit den d-Elektronen des Zentralatoms Übergangsmetallionen: 5 entartete d-Orbitale d x 2 -y 2 dz2dz2 d xy d xz d yz Theorien

19 Manganate: tetraedrisches Ligandenfeld Aufhebung der Entartung der d-Orbitale Ligandenfeldtheorie Theorien

20 Ligandenfeldtheorie Schwerpunktsatz: Theorien

21 Ligandenfeldtheorie High-spin-Zustand: größtmögliche Zahl ungepaarter d-Elektronen beim Zentralion (Hundsche Regel) d 0 im MnO 4 - d 1 im MnO 4 2- d 2 im MnO 4 3- d 3 im MnO 4 4- Theorien

22 Ligandenfeldtheorie d 3 im MnO 4 4- Low-spin-Zustand: geringstmögliche Zahl ungepaarter d-Elektronen Low-spin-Komplex, wenn Δ > Spinpaarungsenergie High-spin Low-spin Theorien

23 Farbigkeit der Manganate Ligand → Metall-Charge-Transfer (LMCT) Bsp.: MnO 4 - d-d-Übergänge d 1 im MnO 4 2- d 2 im MnO 4 3- d 3 im MnO 4 4- ΔE=h∙ν Theorien

24 Theorien im Vergleich Valenzbindungs- theorie Ligandenfeld- theorie GrundlageKovalente BindungElektrostatische Wechselwirkung StrukturJaNein (keine Bindungstheorie) MagnetismusRichtig erklärt, aber nicht vorhersagbar Ja FarbigkeitNeinJa Theorien

25 V4: Ligandenaustauschreaktionen an Fe(III)-Komplexen farblosorangegelb farblosgelb Stabilität

26 gelbrot farblos Stabilität V4: Ligandenaustauschreaktionen an Fe(III)-Komplexen →Maskierung des Fe 3+ (aq) gegenüber SCN - (aq) im Fluorokomplex

27 V4: Ligandenaustauschreaktionen an Fe(III)-Komplexen Reihe der relativen Stabilität für Fe(III)-Komplexe: Stabilität <<< Begründung mit HSAB-Konzept: Fe 3+ : harte SäureBindung an harte Basen SCN - : Bindung über Stickstoffatom LFSE durch Low-Spin-Komplex

28 Berliner Blau Bildung des unlöslichen Berliner Blaus n = Fe (II) Fe (III) O H 2 O Stabilität blau

29 V5: Bestimmung der Komplexbildungs- konstanten von Cu(II)-Komplexen Stabilität Komplexbildungskonstanten → Stabilität der Komplexe

30 V5: Bestimmung der Komplexbildungs- konstanten von Cu(II)-Komplexen Anfangskonzentration von NH 3 : Stabilität Halbzelle 1: Cu(SO 4 )-Lsg. Halbzelle 2: Cu(SO 4 )-Lsg. + NH 3 für ΔE = 0,4 V

31 V5: Bestimmung der Komplexbildungs- konstanten von Cu(II)-Komplexen Halbzelle 2: Konzentration der Cu 2+ -Ionen Stabilität

32 V5: Bestimmung der Komplexbildungs- konstanten von Cu(II)-Komplexen Annahme: praktisch alle Cu 2+ -Ionen komplexiert Stabilität Gleichgewichtskonzentrationen: Literaturwert:

33 V5: Bestimmung der Komplexbildungs- konstanten von Cu(II)-Komplexen Stabilität „en“ = Für ΔE = 0,58 V ergibt sich: Literaturwert:

34 Chelateffekt Griech. Chelé (Krebsschere) Thermodynamischer Effekt: Entropiegewinn ΔG B = ΔH B - TΔS B Stabilität

35 Chelateffekt Kinetischer Effekt: Besetzung der zweiten Koordinationsstelle wahrscheinlicher als bei einzähnigen Liganden Stabilität

36 Demo 2: Bestimmung der Koordinationszahl Methode der molaren Verhältnisse Molares Verhältnis Nickel : Ethylendiamin 1:3 grünblau blau-violett violett RG1: RG2: RG3:

37 Demo 2: Bestimmung der Koordinationszahl Zweizähniger Ligand → sechsfache Koordination des Nickels

38 Bedeutung und Verwendung Blutfarbstoff Hämoglobin Pflanzenfarbstoff Chlorophyll Vitamin B 12 Photographie (Fixiersalz) Bestimmung der Wasserhärte Galvanotechnik Cyanidlaugerei Reaktionen mit Kronenethern „optische Thermometer“

39 V6: Nickeltest Nachweis mit Dimethylglyoxim Nickeltest erhältlich in Apotheken Bedeutung und Verwendung Bis(dimethylglyoximato)nickel (II)

40 V7: Geheimtinte Entwässerung des Hexaquakomplexes zum Cobalt(II)chlorid Anwendung z.B. für Feuchtigkeitsmessung im Raum Farbumschlag des Silicagels Bedeutung und Verwendung

41 Schulrelevanz LK 12G.2: Wahlthema Komplexchemie –Eigenschaften und Reaktionen –Aufbau und Struktur –Stabilität –Modellvorstellungen zur chemischen Bindung in Komplexen –Bedeutung/ Verwendung von Komplexen

42 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

43 Berliner Blau Bildung des löslichen Berliner Blaus Fe (II) Fe (II) K

44 V1: Das Phänomen der Komplexbildung Einführung Elektronenstruktur Al 3+ -Ion[Al(OH) 4 ] - -Komplex

45  3d 4s 4p Energie  x b  y b  z b  b x²-y²  b z²  xy  xz  yz  * x²-y²  * z² sbsb s*s*


Herunterladen ppt "KomplexchemieKomplexchemie Experimentalvortrag, 21.06.2007Dörthe Fillbrandt."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen