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Definition und Struktur
Koordinationsverbindungen (Komplexe) bestehen aus einem Zentralion/-atom (meist Metallion), das von Liganden koordiniert wird. Die Bindung ist eine koordinative Bindung: das Liganden-Donoratome liefert beide Elektronen für die Bindung.
Die Koordinationszahl (KZ) gibt die Zahl der direkt gebundenen Ligandenatome an. Typische Werte sind 2 (linear), 4 (tetraedrisch/quadratisch planar) und 6 (oktaedrisch).
Nomenklatur
Die IUPAC-Nomenklatur folgt diesen Regeln:
- Kationische Komplexe: Metallname mit Oxidationszahl in römischen Ziffern Beispiel: $\ce{[Co(NH3)6]^{3+}}$ → Hexaammincobalt(III)
- Anionische Komplexe: Metallname mit Endung -at; bei lateinischen Namen umgedreht: Ferrat → Eisen, Cuprat → Kupfer Beispiel: $\ce{[Fe(CN)6]^{4-}}$ → Hexacyanidoferrat(II)
- Ligandennamen: Anionische Liganden enden auf -o (Cl⁻ → Chlorido); neutrale Liganden bleiben meist unverändert (NH₃ → Ammin)
- Reihenfolge: Liganden in alphabetischer Ordnung vor dem Metall
Ligandentypen
| Typ | Donoratom | Beispiele |
|---|---|---|
| Einzählige Liganden | 1 | NH₃, H₂O, Cl⁻, CN⁻ |
| Mehrzählige Liganden | ≥2 | en (Ethylendiamin), EDTA⁴⁻ |
| π-Akzeptoren | C=C | CO, Alken, Aromaten |
Liganden beeinflussen die Reaktivität des Zentralions – starke π-Akzeptoren (z. B. CO) erhöhen die Elektronendichte am Metall.
Stabilität und Bildung
Die Stabilität eines Komplexes wird durch die Bildungskonstante $K_B$ beschrieben:
$$\ce{M + n L <=> [ML_n]} \quad K_B = \frac{[\ce{[ML_n]}]}{[\ce{M}] \cdot [\ce{L}]^n}$$Die gesamte Bildungskonstante $\beta_n$ fasst alle Einzelschritte zusammen:
$$\beta_n = K_1 \cdot K_2 \cdot \ldots \cdot K_n$$Typische Werte (log $\beta_n$)
- $\ce{[Co(NH3)6]^{3+}}$: 35,2
- $\ce{[Fe(CN)6]^{4-}}$: 42
- $\ce{[Cu(en)2]^{2+}}$ (en = Bidentat): 20,0
Isomerie
| Typ | Beschreibung | Beispiel |
|---|---|---|
| Strukturisomerie | Unterschiedliche Verknüpfung der Atome | Bindungsisomerie bei $\ce{[Co(NH3)5(NO2)]^{2+}}$/ $\ce{[Co(NH3)5(ONO)]^{2+}}$ |
| Stereoisomerie | Unterschiedliche räumliche Anordnung | |
| - cis/trans | Anordnung um Koordinationsebene | $\ce{[Pt(NH3)2Cl2]}$ |
| - optisch | Nicht deckungsgleiche Spiegelbilder | $\ce{[Co(en)3]^{3+}}$ |
Das Phänomen der optischen Isomerie bei oktaedrischen Chelatkomplexen ist die Grundlage für chiroptische Methoden wie die CD-Spektroskopie.
Anwendungen
- Bioanorganische Chemie: Hämoglobin (Fe), Chlorophyll (Mg), Vitamin B12 (Co)
- Katalyse: Homogene Katalyse für Polymerisationen, Hydrierungen
- Analytik: Titrationsindikatoren (EBT), Maskierung von Metallionen
- Medizin: Cisplatin als Zytostatikum
- Farbe: Pigmente und Farbstoffe auf Komplexbasis
Übungen
- Benenne systematisch: $\ce{[Pt(NH3)2Cl2]}$, $\ce{Na[Au(CN)2]}$, $\ce{[Fe(H2O)6]^{3+}}$
- Erkläre, warum $\ce{[Co(en)3]^{3+}}$ optisch aktiv ist, $\ce{[Co(NH3)6]^{3+}}$ jedoch nicht.
- Berechne die Konzentration an freiem $\ce{Ni^{2+}}$ in einer Lösung, die $\pu{0.1 M}$ Ni²⁺ und $\pu{1.0 M}$ NH₃ enthält. $K_B(\ce{[Ni(NH3)6]^{2+}}) = 10^{8.74}$.
- Welche Art von Isomerie tritt in $\ce{[Co(NH3)4(NO2)2]NO3}$ auf? Skizziere die Isomere.