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Komplexchemie -Koordinationszahl und Geometrie -Chelat-Komplexe -Schwermetalle -Ligandenaustauschreaktion + Komplexbildung -Komplexstabilität -Löslichkeit.

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Präsentation zum Thema: "Komplexchemie -Koordinationszahl und Geometrie -Chelat-Komplexe -Schwermetalle -Ligandenaustauschreaktion + Komplexbildung -Komplexstabilität -Löslichkeit."—  Präsentation transkript:

1 Komplexchemie -Koordinationszahl und Geometrie -Chelat-Komplexe -Schwermetalle -Ligandenaustauschreaktion + Komplexbildung -Komplexstabilität -Löslichkeit -Aluminiumherstellung -Ligandenfeldtheorie -Energieniveaus der d-Orbitale -Spektrochemische Reihe -high-spin und low-spin -Farbigkeit

2 Koordinationszahl und Geometrie Die Koordinationszahl gibt die Anzahl der Atome an, die direkt an das Zentralatom gebunden sind häufige Koordinationspolyeder:

3 Chelat-Komplexe - Mehrzähnigkeit Mehrzähnige Liganden binden mit mehr als einem Atom an das Zentralatom Es bilden sich meist 5- oder 6-gliedrige ringförmige Strukturen, die man Chelat-Komplexe nennt Hämoglobin

4 Schwermetalle in Gewässern Schwermetalle, die in Flüssen zu finden sind, stammen aus Flusssedimenten Der Schwermetallgehalt der Flusssedimente ist mal höher als der der Flüsse potentielle Gefahr der Kontamination Die Schwermetallanreicherung hängt von folgenden Faktoren ab: -Vorhandensein von Liganden zur Komplexbildung -Fließgeschwindigkeit -pH-Wert

5 Ligandenaustauschreaktionen + Komplexbildung Bei L.a.r. bildet sich immer der stärkere Komplex Noch stärkerer Komplex Ligandenaustausch erfolgt schrittweise und ist in der Regel reversibel

6 Komplexbildung => Maskierung -Verlust der Eigenschaften des Zentralatoms -Übernahme der Komplexeigenschaften -durch Komplexbildung kann in manchen Fällen ein Metall in einer sonst unbekannten Oxidationsstufe stabilisiert werden, z.B. die Co(3)- Komplexe -K.bildg. kann ein Metall-Kation daran hindern, zu disproportionieren, z.B. ist das Cu2+ Ion in wässriger Lösung instabil. Der Ammin-Komplex [Cu(NH3)2] ist jedoch gegen Disproportionierung stabil.

7 Komplex-Stabilität => Stabilitätskonstante K = individuelleKomplexbildungskonstante oderStabilitätskonstante Je größer K, desto beständiger ist der Komplex Komplexstabilität ist anhängig von: -Wertigkeit und Atommasse des Zentralions -ph-Wert -Temperatur -Ionenstärke der Lösung Stabile Komplexe zw. harten Säuren und harten Basen, bzw zw. weichen Säuren und weichenBasen Beispiel für einen extrem stabilen Komplex ist: [Fe(CN)6]4- K ist der Kehrwert der Dissoziationskonstanten Kd

8

9 Unterschied zw. thermodynamischer und kinetischer Stabilität (Reaktivität) GGW-Einstellungen des Ligandenaustausches kann mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgen: -schneller Ligandenaustausch => labiler (kinetisch instabiler) Komplex -langsamer L.a. oder gar keiner => inerter (kinetisch stabiler) Komplex

10 Einfluss von Komplexbildung auf die Löslichkeit -gesättigt, wenn Ionenprodukt = L=> Substanz kann gelöst werden, bis L erreicht ist -Nicht gesättigt, wenn I.p. < L -übersättigt, wenn I.p. > L=> es kommt zur Fällung, bis der Wert L erreicht ist Viele schwerlösliche Verbindungen können durch Komplexbildung in Lösung gebracht werden AgCl geht in Anwesenheit von Ammoniak in Lösung. Durch Komplexbildung [Ag(NH3)2] wird die c(Ag+) stark verringert => I.p. < L => Löslichkeit vieler Salze kann durch Zugabe komplexbildender Ionen/Moleküle sehr stark beeinflusst werden. Lsg.vorgang exotherm => +T - Lendotherm => +T + L

11 Komplexe in der Industrie: Aluminiumherstellung Kryolith Na3[AlF6] / Lösungsmittel für Al2O3 / Al2O3 + Na3[AlF6] => 3AlOF2 Elektrolyse am Kohlenboden Schmelzpunkt Al2O3( =Tonerde): 2045°C / Leitet schlecht Strom Schmelzpkt.. 940°C (senkt den Schmelzp. !!!) / gute Leitfähigkeit =>leicht elektrolysierbar Wird von Verunreinigungen befreit -Na[Al(OH)4] -Al(OH)3 Eine Reihe von schwerlöslichen Hydroxiden lösen sich in Alkalihydroxidlösungen unter Bildung von Hydroxokomplexen, z.B. Al. / Cr(3) / Zn / Sn(2) / Pb(2) – hydroxid. Al(OH)3 (s) + OH- (aq) => [Al(OH)4)]- (aq)

12 Schmelzflusselektrolyse Hall-Heroult-Prozess

13 Ligandenfeldtheorie Nimmt eine elektrostatische Wechselwirkung zwischen Zentralatom und Liganden an Die Liganden bilden ein gemeinsames elektrisches Feld, das Ligandenfeld Das Ligandenfeld wirkt auf die äußeren Elektronen des Zentralatoms

14 Die Theorie erklärt: Farbigkeit der Komplexe Strukturen und Geometrie der Komplexe Magnetische Eigenschaften von Komplexen Oxidationsstufen Nachteil gegenüber der Kristallfeldtheorie: Einseitige Berücksichtigung der elektrostatischen Wechselwirkungen ohne Berücksichtigung des kovalenten Charakters der Bindungen

15 Die Energieniveaus der d-Orbitale des Zentralatoms Aufspaltung im oktaedrischen Ligandenfeld: d(x2-y2)d(z2) d(yz)d(xy)d(xz) Orbitale näher an Liganden höheres Energieniveau Orbitale weiter von Liganden entfernt niedrigeres Energieniveau

16 Aufspaltung im Oktaedrischen Ligandenfeld

17 Aufspaltung im tetraedrischen Ligandenfeld d(xz)d(xy)d(yz) d(z2)d(x2-y2) Orbitale näher an Liganden höheres Energieniveau Orbital weiter von Liganden entfernt niedrigeres Energieniveau

18 Aufspaltung im tetraedrischen Ligandenfeld

19 Spektrochemische Reihen Die Größe der Aufspaltung Δ im Ligandenfeld ist von zwei Faktoren abhängig: Elektronegativität und Größe der Liganden Oxidationsstufe des Zentralatoms In den spektrochemischen Reihen sind Liganden und Zentralatome nach der Stärke der Aufspaltung geordnet, die sie verursachen.

20

21 High-Spin und Low-Spin Die Größe des Energiebetrages bzw. der Aufspaltung ist für die d- Elektronenkonfiguration entscheidend Es ist Energie nötig, um ein Elektron in ein Orbital höherer Energie zu bringen (Oktaederaufspaltung) um ein zusätzliches Elektron in ein besetztes Orbital zu bringen (Spinpaarungsenergie)

22 Merke: Wenn die Spinnpaarungsenergie geringer ist als der Energiebetrag Δ o, so entsteht ein Low- Spin- Komplex. Wenn die Spinnpaarungsenergie größer ist als der Energiebetrag Δ o, so entsteht ein High-spin Komplex. Magnetische Eigenschaften Paramagnetisch: mindestens ein ungepaartes Elektron Diamagnetisch: nur gepaarte Elektronen

23 Farbigkeit von Komplexen Zustandekommen der Farbigkeit: – Lichtabsorption einer bestimmten Wellenlänge – Anregung eines Elektrons (Wechsel in ein höheres Orbital) Energie des absorbierten Lichtes entspricht der Aufspaltungsenergie Δ o

24 Schlüsselbegriffe Ligandenfeldtheorie d-Orbitale Oktaederaufspaltung Spektrochemische Reihe Spinpaarungsenergie High-Spin Low-Spin paramagnetisch diamagetisch Lichtabsorption Anregung Koordinationspolyeder Chelat-Komplexe Mehrzähnigkeit Schwermetalle Ligandenaustauschreaktionen Komplexbildung Stabilitätskonstante Löslichkeit Aluminiumherstellung

25 Quellen -Allgemeine Chemie (Schroedel) / Ausgabe 2004 / Kapitel: das chem. GGW + Komplexreaktionen -Komplexchemie (Kober) / 1.Auflage 1979 / Kapitel 4- Komplexstabilität -Anorganische Chemie (Riedel/deGruyter) / 5.Auflage / Kapitel Chemie (Mortimer) / 9.Auflage / Kapitel Internet:


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