Komplexchemie von: Kirsten Bartmann Sabrina Hönig Christian Rakers Theodoros Veziridis Daniel Krupke

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)

Nomenklatur von Komplexen Folgende Merkmale sind bei der formelmäßigen Wiedergabe zu beachten: Der eigentliche Komplex wird in eckige Klammern gesetzt In den eckigen Klammern wird zuerst das Zentralion oder Zentralatom geschrieben, dann die anionischen, dann die neutralen Liganden. Die Reihenfolge der Liganden sollte in jeder Klasse durch die alphabetische Reihenfolge der entsprechenden Symbole gegeben sein.

Ion Name O2– Oxid SO32– Sulfit S2– Sulfid HSO3– Hydrogensulfit (Bisulfit) F– Fluorid ClO4– Perchlorat Cl– Chlorid ClO3– Chlorat Br– Bromid ClO2– Chlorit I– Iodid ClO– Hypochlorit CO32– Carbonat PO43– Phosphat HCO3– Hydrogencarbonat (Bicarbonat) HSO4– Hydrogensulfat HPO42– Hydrogenphosphat SO42– Sulfat CN– Cyanid H2PO4– Dihydrogenphosphat NO3– Nitrat CrO42– Chromat NO2– Nitrit Cr2O72– Dichromat OH– Hydroxid MnO4– Permanganat H3CCOO– Acetat O22– Peroxid

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

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

Werners Koordinationstheorie Alfred Werner (1866-1919) – „Vater der Komplexchemie“ 1893 „Beiträge zur Konstitution anorganischer Verbindungen“ Werners Koordinationstheorie – „eine geniale Frechheit“ Bindung von Liganden in erster oder zweiter Sphäre

Werners Koordinationstheorie Jedes Ion besitzt Hauptvalenzen, einige außerdem Nebenvalenzen Festere Bindung der Bindungspartner durch die Nebenvalenzen Nebenvalenzen sind räumlich gerichtet Geometrie: KZ 6: Oktaeder KZ 4: tetraedrische oder quadratisch-planare Anordnung KZ 2: linear

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

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: sp3 dsp2 d2sp3

Valence-Bond-Theorie 3d 4s 4p 4d Fe2+ [Fe(H2O)6]2+ paramagnetisch sp3d2-Hybrid [Fe(CN)6]4- diamagnetisch durch Spinpaarung d2sp3-Hybrid

Ligandenfeldtheorie Grundlage: Wechselwirkung der Liganden eines Komplexes mit den d-Elektronen des Zentralatoms Übergangsmetallionen: 5 entartete d-Orbitale dx2-y2 dz2 dxy dxz dyz

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

Ligandenfeldtheorie Schwerpunktsatz:

Ligandenfeldtheorie High-spin-Zustand: größtmögliche Zahl ungepaarter d-Elektronen beim Zentralion (Hundsche Regel) d0 im MnO4- d1 im MnO4 2- d2 im MnO4 3- d3 im MnO4 4-

Ligandenfeldtheorie Low-spin-Zustand: geringstmögliche Zahl ungepaarter d-Elektronen Low-spin-Komplex, wenn Δ > Spinpaarungsenergie d3 im MnO4 4- High-spin Low-spin

Chelateffekt Griech. Chelé (Krebsschere) Thermodynamischer Effekt: Entropiegewinn ΔGB= ΔHB - TΔSB

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

Bedeutung und Verwendung Blutfarbstoff Hämoglobin Pflanzenfarbstoff Chlorophyll Vitamin B12 Photographie (Fixiersalz) Bestimmung der Wasserhärte Galvanotechnik Cyanidlaugerei „optische Thermometer“

Schwermetalle im Boden Einige Schwermetalle essentiell für lebende Organismen Werden jedoch nur in sehr kleinen Mengen benötigt Hohe Mengen wirken stark toxisch Werden durch anthropogene Ursachen (z. B. Industrieabfälle, Aufbereitung von Metallen) und Natürliche Ursachen (Vulkane, Erosion) im Boden freigesetzt

Schwermetalle im Boden Nicht biologisch abbaubar Werden in mineralischen und organischen Phasen angereichert Hohe Konzentration schädigt dem Boden und hemmt wichtige Prozesse (da stark toxisch)

Schwermetalle im Boden Speicherung im Boden durch: Einlagerung in Hohlräumen Ausfällung in Metallsalzen Verbindungen mit organisch und anorganischen Komplexbildnern

Schwermetalle im Boden Komplexbildner: Huminstoffe, Tonminerale, Eisen- und Aluminiumoxide bzw. Hydroxide →Schwermetalle im Boden nicht homogen verteilt, sondern an Komplexbildner angelagert

Quellen Wikipedia Charles E. Mortimer 8./9. Auflage Reinhard Demuth – Grundlagen der Komplexchemie Taschenbuch der Chemie Theodor C. H. Cole – Wörterbuch der Chemie Michael Binnewies – Übungsbuch allgemeine Chemie Mitch Fry – Startwissen Chemie Peter W. Atkins – Chemie, einfach alles