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Komplexion: Aufbau, Ladung und Eigenschaften
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.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
So ist ein Komplexion aufgebaut
Stell dir ein Metallion vor, das von mehreren Teilchen umgeben ist. Das Metallion ist meist das Zentralteilchen. Die umgebenden Moleküle oder Ionen heißen Liganden.
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.
In einer Formel steht die gesamte Koordinationseinheit in eckigen Klammern. Die Ladung rechts außerhalb der Klammer gehört zum ganzen Komplexion.
Im Komplexion $[Ag(NH_3)_2]^+$ ist $Ag^+$ das Zentralteilchen. Zwei neutrale Ammoniakmoleküle $NH_3$ sind die Liganden. Jedes Ammoniakmolekül bindet über ein freies Elektronenpaar am Silberion. Die Einheit trägt insgesamt die Ladung $+1$.
Ein Ligand muss mindestens ein freies Elektronenpaar an einer geeigneten Donorstelle besitzen. Die Bindung ist koordinativ; nach ihrer Bildung gehört sie zum gesamten Komplexteilchen.
So bestimmst du die Ladung
Für ein Komplexion addierst du die Oxidationszahl des Zentralteilchens und die Ladungen aller Liganden:
$$Komplexladung = Oxidationszahl\ des\ Zentrums + Summe\ der\ Ligandenladungen$$
Neutrale Liganden wie $H_2O$ und $NH_3$ tragen dabei $0$ bei. Chlorido- und Cyanidliganden tragen jeweils $-1$ bei.
Gesucht ist die Oxidationszahl von Eisen in $[Fe(CN)_6]^{4-}$.
- Das Komplexion hat die Gesamtladung $-4$.
- Sechs Cyanidliganden tragen zusammen $6 \cdot (-1) = -6$ bei.
- Mit $x$ als Oxidationszahl des Eisens gilt: $x + (-6) = -4$.
- Daher ist $x = +2$.
Eisen besitzt in diesem Komplexion die Oxidationszahl $+2$.
Koordinationszahl und Form gehören zusammen
Die Koordinationszahl gibt an, wie viele Donoratome unmittelbar an das Zentralteilchen gebunden sind. Sie ist nicht immer gleich der Zahl der Liganden.
| Koordinationszahl | häufige Geometrie | Beispiel |
|---|---|---|
| 2 | linear | $[Ag(NH_3)_2]^+$ |
| 4 | tetraedrisch oder quadratisch-planar | $[NiCl_4]^{2-}$ oder $[Ni(CN)_4]^{2-}$ |
| 6 | oktaedrisch | $[Cr(H_2O)_6]^{3+}$ |
Ein einzähniger Ligand bindet über ein Donoratom. Ein mehrzähniger Ligand bindet über mehrere Donoratome gleichzeitig. Solche mehrzähnigen Liganden heißen Chelatliganden.
Im Komplexion $[Co(en)_3]^{3+}$ gibt es drei Ethylendiamin-Liganden, kurz $en$. Jeder Ligand ist zweizähnig und bindet über zwei Stickstoffatome. Deshalb gilt: drei Liganden, aber Koordinationszahl $3 \cdot 2 = 6$. Die Anordnung ist oktaedrisch.
Zähle für die Koordinationszahl die direkt gebundenen Donoratome, nicht einfach die Ligandenmoleküle.
Komplexbildung verändert beobachtbare Eigenschaften
Bei einer Komplexbildungsreaktion lagern sich Liganden an ein Zentralteilchen an. Bei einem Ligandenaustausch ersetzen neue Liganden bereits gebundene Liganden. Beides sind Gleichgewichtsreaktionen.
Ein Ligandenaustausch kann die Energien der Elektronen im Metallzentrum verändern. Dadurch absorbiert der Komplex anderes Licht und erscheint oft in einer anderen Farbe. Eine Farbänderung ist deshalb ein möglicher Befund für ein neues Komplexteilchen, beweist allein aber noch nicht jede Einzelheit seines Aufbaus.
Eine wässrige Kupfer(II)-Lösung enthält blaue Aquakomplexe. Bei einem geeigneten Ammoniakangebot entstehen dunkelblaue Amminkomplexe. Der Farbwechsel zeigt, dass Ammoniakmoleküle Wasserliganden am Kupferzentrum ersetzen.
Komplexbildung kann auch die Löslichkeit beeinflussen. Schwer lösliches Silberchlorid steht im Gleichgewicht mit wenigen $Ag^+$- und $Cl^-$-Ionen. Ammoniak bindet $Ag^+$ als Diamminsilber(I)-Komplex:
$$AgCl + 2NH_3 \rightleftharpoons [Ag(NH_3)_2]^+ + Cl^-$$
Weil freies $Ag^+$ gebunden wird, kann sich weiteres Silberchlorid lösen. Ob es vollständig verschwindet, hängt von den beteiligten Gleichgewichten und vom Ligandenangebot ab.
So unterscheidest du ähnliche Teilchenarten
Ein Komplexion ist eine geladene Koordinationseinheit. Ein neutraler Komplex besitzt denselben Grundaufbau, aber insgesamt keine Ladung. Ein Ionengitter ist dagegen die regelmäßige Anordnung vieler Kationen und Anionen in einem festen Salz.
Ein hydratisiertes Ion ist in Wasser von Wassermolekülen umgeben. Sind Wassermoleküle direkt koordiniert, lässt es sich als Aquakomplex beschreiben. Der Ausdruck hydratisiert betont die Umgebung in Wasser; der Ausdruck Aquakomplex betont die koordinative Bindung.
Beim Teilchen $[PtBr_2(NH_3)_2]$ hat Platin die Oxidationszahl $+2$. Zwei Bromidliganden tragen zusammen $-2$ bei, zwei Amminliganden sind neutral. Die Summe ist $+2-2=0$. Das Teilchen ist daher ein neutraler Komplex und kein Komplexion.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Im Teilchen $[Ag(NH_3)_2]^+$ ist Silber das . Ammoniak wirkt als . Die Ladung der ganzen Koordinationseinheit beträgt . Zwei einzähnige Ammoniakliganden ergeben die Koordinationszahl .
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
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
- Aufbau