Chemie · Klasse 12–13 · aktualisiert
Komplexion: Aufbau, Ladung und Eigenschaften
Lies die Ladung eines Komplexions, berechne die Oxidationszahl und zähle auch bei mehrzähnigen Liganden richtig.
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Kurz gesagt
Ein Komplexion ist eine geladene Einheit aus einem Zentralteilchen und direkt gebundenen Liganden. Die Ladung steht rechts außerhalb der eckigen Klammer; sie ergibt sich aus der Oxidationszahl des Zentrums und den Ligandenladungen. Die Koordinationszahl zählt die Ligandatome, die direkt am Zentrum binden.
Ein Komplexion ist ein geladenes Teilchen aus einem Zentralteilchen und gebundenen Liganden. Die Liganden stellen freie Elektronenpaare bereit; das Zentralteilchen nimmt sie auf. Aus Aufbau und Ladungen kannst du die Gesamtladung bestimmen und Farb- oder Löslichkeitsänderungen durch Komplexbildung deuten.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Ein Komplexion ist eine geladene Einheit aus einem Zentralteilchen und daran gebundenen Liganden. Das Zentrum ist meist ein Metallion; Liganden liefern freie Elektronenpaare. Die eckige Klammer umfasst die Koordinationseinheit, die hochgestellte Ladung rechts gehört zu ihr. In \ce{[Ag(NH3)2]^+} ist Silber das Zentrum, zwei neutrale Ammoniakmoleküle sind Liganden und die Gesamtladung ist +1. Der Index 2 zählt die Ammoniakmoleküle, nicht die Ladung. Außerhalb der Klammer können Gegenionen stehen; sie sind keine Liganden.
Definition
Koordinative Bindung
Bei einer koordinativen Bindung stellt der Ligand zunächst beide Bindungselektronen als freies Elektronenpaar bereit. Er ist Elektronenpaardonator. Das Zentralteilchen nimmt das Elektronenpaar auf und ist Elektronenpaarakzeptor.
Beispiel
- 1Im Komplexion \ce{[Ag(NH3)2]^+} ist \ce{Ag+} das Zentralteilchen.
- 2Zwei neutrale Ammoniakmoleküle \ce{NH3} sind die Liganden.
- 3Jedes Ammoniakmolekül bindet über ein freies Elektronenpaar am Silberion.
- 4Die Einheit trägt insgesamt die Ladung +1.
Merke: Ein Ligand muss mindestens ein freies Elektronenpaar an einem Atom besitzen, das dieses Paar bereitstellen kann (Donorstelle). Die Bindung ist koordinativ; nach ihrer Bildung gehört sie zum gesamten Komplexteilchen.
Teste dich
Zur Ladungsbilanz addierst du die Oxidationszahl des Zentrums und alle Ligandenladungen. Neutrales Wasser und Ammoniak zählen mit 0, Chlorid und Cyanid mit je -1. Die hochgestellte Gesamtladung ist daher nicht stets die Oxidationszahl des Zentrums. Bei \ce{[Fe(CN)6]^{4-}} tragen sechs Cyanidliganden zusammen -6 bei; Eisen hat die Oxidationszahl +II.
Beispiel: Oxidationszahl in einem Chrom-Komplexion
- 1Gegeben ist \ce{[CrCl2(H2O)4]^+}; seine Gesamtladung beträgt +1.
- 2Vier neutrale Wasserliganden tragen 0 bei; zwei Chloridliganden zusammen -2.
- 3Mit x als Oxidationszahl von Chrom gilt x-2=+1.
- 4Daraus folgt x=+3, also Oxidationszahl +III.
Teste dich
Die Koordinationszahl zählt die Atome der Liganden, die direkt am Zentrum binden. Ein einzähniger Ligand hat eine solche Donorstelle. Ein mehrzähniger Ligand besitzt mehrere; solche Liganden heißen Chelatliganden. Deshalb können Ligandenzahl und Koordinationszahl verschieden sein. In \ce{[Co(en)3]^{3+}} binden drei Ethylendiamin-Liganden, kurz en, über je zwei Stickstoffatome. Die Koordinationszahl ist 3\cdot2=6, die Anordnung oktaedrisch. Zwei gebundene Donoratome können eine lineare, vier eine tetraedrische oder quadratisch-planare und sechs eine oktaedrische Umgebung ergeben; die Zahl allein legt bei vier Donoratomen die Form nicht fest.
| Koordinationszahl | mögliche Form | Beispiel |
|---|---|---|
| 2 | linear | \ce{[Ag(NH3)2]^+} |
| 4 | tetraedrisch | \ce{[CoCl4]^{2-}} |
| 4 | quadratisch-planar | \ce{[Ni(CN)4]^{2-}} |
| 6 | oktaedrisch | \ce{[Co(en)3]^{3+}} |
Beispiel: Zweizähniger Ligand en
- 1Im Komplexion \ce{[Co(en)3]^{3+}} binden drei Ethylendiamin-Liganden, kurz en.
- 2Jeder Ligand besitzt zwei Stickstoffatome als Donorstellen und bindet über beide.
- 3Drei Liganden liefern 3\cdot2=6 gebundene Donoratome.
- 4Die Koordinationszahl ist 6; die Anordnung ist oktaedrisch.
Merke: Zähle für die Koordinationszahl die direkt gebundenen Donoratome, nicht einfach die Ligandenmoleküle.
Teste dich
Bei einer Komplexbildung binden neue Liganden an ein Zentrum. Beim Ligandenaustausch ersetzen sie vorhandene Liganden. Beides kann als Gleichgewicht verlaufen. Veränderte Liganden können die Energien der Elektronen am Metallzentrum und damit die Lichtaufnahme und Farbe ändern. In einer wässrigen Kupfer(II)-Lösung kann ein geeignetes Ammoniakangebot dunkelblaue Amminkomplexe, also Komplexe mit Ammoniak als Ligand, gegenüber Aquakomplexen begünstigen. Die Farbe zeigt eine Änderung an, beweist allein aber nicht die genaue Struktur.
Komplexbildung kann auch die Löslichkeit verändern. Silberchlorid ist schwer löslich und steht mit wenigen Silber- und Chloridionen im Gleichgewicht. Ammoniak bindet gelöstes Silber; dadurch kann weiteres Salz in Lösung gehen:
\ce{AgCl + 2 NH3 <=> [Ag(NH3)2]^+ + Cl^-}
Ob der Feststoff ganz verschwindet, hängt von den Gleichgewichten und vom Ammoniakangebot ab.
Ein neutraler Komplex besitzt denselben Grundaufbau ohne Gesamtladung; ein Beispiel steht unten. Ein festes Ionengitter besteht aus vielen Ionen. Ein hydratisiertes Ion ist von Wasser umgeben; direkt gebundene Wassermoleküle sind Aqua-Liganden.
Beispiel
- 1Eine wässrige Kupfer(II)-Lösung enthält blaue Aquakomplexe.
- 2Bei einem geeigneten Ammoniakangebot entstehen dunkelblaue Amminkomplexe.
- 3Der Farbwechsel passt dazu, dass Ammoniakmoleküle Wasserliganden am Kupferzentrum ersetzen; die Farbe allein beweist den Aufbau nicht.
Beispiel: Neutraler Komplex
- 1Im Teilchen \ce{[Co(NH3)3Cl3]} hat Kobalt die Oxidationszahl +III.
- 2Drei Chloridliganden tragen zusammen -3 bei; drei Ammoniakliganden sind neutral.
- 3Die Summe ist +3-3=0. Das Teilchen ist ein neutraler Komplex, kein Komplexion.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Komplexion
Aufbau
Zentralteilchen als Elektronenpaarakzeptor; Liganden als Elektronenpaardonatoren
Kennzahlen
Gesamtladung aus der Ladungsbilanz; Koordinationszahl aus gebundenen Donoratomen
Struktur
häufig linear, tetraedrisch, quadratisch-planar oder oktaedrisch
Reaktionen
Komplexbildung; Ligandenaustausch
Befunde
Farbänderung; veränderte Löslichkeit
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Ein Komplexion mit zwei Ligandenarten
- 1Gegeben ist \ce{[Co(en)2Cl2]^+}: zwei neutrale zweizähnige en-Liganden und zwei Chloridliganden mit je -1.
- 2Die Gesamtladung beträgt +1. Für die Oxidationszahl von Kobalt gilt x+2\cdot0+2\cdot(-1)=+1.
- 3Daraus folgt x=+3, also Oxidationszahl +III.
- 4Zwei en-Liganden binden über vier Stickstoffatome, zwei Chloridliganden über zwei Chloratome. Die Koordinationszahl ist 6.
Fehler finden
Donoratome eines Chelatkomplexes zählen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die Koordinationszahl zählt Donoratome: 2\cdot2=4. Zwei zweizähnige Liganden ergeben also Koordinationszahl 4.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
In \ce{[Co(en)3]^{3+}} ist Kobalt das . Jeder en-Ligand bindet über . Die Koordinationszahl ist .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
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