Wintersemester 2012/2013Allgemeine Chemie – Basis Praxis

Seminar zum Praktikum

Anorganische Chemie – Basis Praxis

Dr. Stephan Walleck

Arbeitsgruppe AC I von Prof. Dr. Thorsten Glaser

Raum: E3-141

e-Mail: stephan.walleck@uni-bielefeld.de

Modul 21-M7: Anorganische Chemie – Basis Praxis

3 LP: Praktikum

SoSe 2013

2 LP: Seminar

WS 2012/13

Modulaufbau

Lehrbücher

• Mortimer/Müller: „Chemie, Das Basiswissen der Chemie“ 10. Aufl., Thieme 2010, ~ 65 €

• Riedel/Janiak: „Anorganische Chemie“ 8. Aufl., de Gruyter, Berlin 2011, ~ 75 €

• Housecroft/Sharpe „Anorganische Chemie“ Pearson Studium, ~ 80 €

• Huheey/Keiter/Keiter: „Anorganische Chemie“ 3. Aufl., de Gruyter, Berlin 2003, ~ 80 €

• Holleman/Wiberg: „Lehrbuch der Anorganischen Chemie“ 102. Aufl., de Gruyter, Berlin 2007, ~ 94 €

• Jander/Blasius: „Anorgansiche Chemie I“ 17. Aufl., Hirzel, Stuttgart 2012, ~ 40 €

1. Einführung in die Komplexchemie1.1 Bedeutung von Metallen1.2 Was ist ein Komplex?1.3 Alfred Werner: Grundlagen der Komplexchemie1.4 Koordinationszahl und Koordinationspolyeder1.5 Bindungen in der Koordinationschemie1.6 Oxidationszahlen1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen1.8 Komplexgleichgewichte1.9 Chelatliganden und der Chelateffekt

Inhaltsverzeichnis – Kapitel 1

Bedeutung von Metallen

• beinahe 3/4 aller chemischer Elemente sind Metalle

• Stützpfeiler der modernen Gesellschaft

• Nur selten elementar, viel häufiger kationisch vorkommend

• aber nicht nur abiotisch am Aufbau der Erdkruste beteiligt,

sondern auch biotisch von elementarer Bedeutung

Quelle: http://images.zeit.de/wissen/2010-07/infografik-baustein.pdf

1.2 Was ist ein Komplex?

Die einfachste Definition:

Ein Komplex besteht aus einem Zentralatom (Z) und mehreren darangebundenen Liganden (L).

Die Definition nach HoWi:

„Unter Komplexen (…) versteht man Moleküle oder Ionen ZLn, in denen an ein ungeladenes oder geladenes Zentralatom Z (…) entsprechend seiner Koordinationszahl (…) n mehrere (Anmerkung: nicht ein) ungeladene oder geladene, ein- oder mehratomige Gruppen L („Liganden“) (…) angelagert sind.“

1.6 Die Oxidationszahl

IUPAC:

Die Oxidationszahl (oder auch Oxidationsstufe) ist ein Maß für die Oxidation eines Atoms in einer Verbindung. Dabei ist die Oxidationszahl definiert als die Ladung, die ein Atom hätte, wenn die Elektron unter folgenden, vereinbarten Voraussetzungen gezählt werden könnten:

(1) Die Oxidationsstufe eines freien Elements ist Null.

(2) Für ein einatomares Ion entspricht die Oxidationsstufe der Ladung.

(3) Die Summe der Oxidationsstufen aller Atome eines Molekül ist Null; bei Ionen entspricht diese Summe der Gesamtladung des Ions.

(4) Wasserstoffatome haben in den meisten Verbindungen eine Oxidationsstufe von +I, Sauerstoffatome von –II.

1.6 Die Oxidationszahl

VIIIII-I

4 O2−−−−

6 F-

5 CO

465

[MnO4]−

[FeF6]3-

[Mn(CO)5]-

II4 Cl−−−−4[CoCl4]2−−−−

IIIII0II

6 H2O6 H2O5 CO4 NH3, 2 Cl-

6656

[Co(H2O)6]2+

[Co(H2O)6]3+

[Fe(CO)5][NiCl2(NH3)4]

form. Oxidationsstufe des Zentralatoms

LigandenKoordina-tionszahl

Komplex

Kationisch Anionisch

Formelschreibweise von Komplexen nach IUPAC:Formelschreibweise von Komplexen nach IUPAC:

1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen

o Koordinationseinheit in eckige Klammern, ggf. Ladung als Exponent

o Zentralatom vor Liganden

o Anionische vor neutralen Liganden vor kationischen Liganden

o Alphabetische Reihenfolge innerhalb der Ligandenklassen

(Abkürzungen wie Formeln)

o Mehratomige Liganden und Abkürzungen in runden Klammern

o Oxidationsstufe als Exponent hinter dem Zentralatom

Beispiele:

6 H2O6 Cl-

4 NH3, Cl-, Br-

2 NH3, Cl-, Br-, NO2-, H-

3+3-?0

III?II?

CrCoFePt

LigandenGesamt-ladung

Oxidations-zahl

Zentral-atom

1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen

o Liganden in alphabetischer Reihenfolge vor dem Namen desZentralatoms (unabhängig von der Ladung!).

o Angabe der Oxidationszahl (röm. Ziffern) des Zentralatoms oderder Gesamtladung (arab. Ziffern + Ladung) der Koordinationseinheitin runden Klammern hinter dem Namen des Zentralmetallatoms.

o Namen anionischer Liganden enden auf –o, neutrale ohne den Ladungszustand bezeichnende Endung.

o Neutralliganden werden in runde Klammer eingeschlossen(Ausnahmen: Ammin, Aqua, Carbonyl, Nitrosyl).

o Anionische Komplexe erhalten die Endung –at nach dem lateinischenNamen des Zentralatoms.

Systematische Namen von Komplexen nach IUPAC:Systematische Namen von Komplexen nach IUPAC:

1.7 Nomenklatur von Komplexverbindungen

AquaSulfan, HydrogensulfidCarbonylThiocarbonylDistickstoffAmminPhosphan, PhosphinTrimethylaminTriphenylphosphin, ~anNitrosyl

H2OH2SCOCSN2

NH3

PH3

(CH3)3N(C6H5)3PNO

FluoroChloroBromoHydridoOxo, OxidoThio, SulfidoHydrogensulfidoHydroxidoOxalatoSulfatoCyanoCyanatoThiocyanatoNitratoNitrito, Nitro

F-

Cl-

Br-

H-

O2-

S2-

(SH)-

(OH)-

(C2O4)2-

(SO4)2-

(CN)-

(NCO)-

(NCS)-

(NO3)-

(NO2)-

LigandennameFormelLigandennameFormel

Namen von anionischen und neutralen Liganden:Namen von anionischen und neutralen Liganden:

1.8 Komplexgleichgewichte

Für die Komplexbildung und die Komplexstabilität gilt das Massenwirkungsgesetz:Für die Komplexbildung und die Komplexstabilität gilt das Massenwirkungsgesetz:

Bruttostabilitätskonstante βn und individuelle Stabilitätskonstante Kn

βn=[MLn]

[M][L]nM + n L←→ [MLn]

βn = K1• K2• … • Kn

Üblicher Weise gilt:K1 > K2 > K3 > … > Kn

Oxalat (ox)

1.9 Chelatliganden und der Chelateffekt

ZweizähnigeChelatliganden

Triethylentetraamin (trien)

dreizähnig vierzähnig sechszähnig

Ein n-zähniger Ligand ergibt einen stabileren Komplex als n einzähnigeLiganden ähnlicher Eigenschaften. Die Zähnigkeit eines Liganden ist die Anzahl der Donoratome, die an das Metall binden.

Ein n-zähniger Ligand ergibt einen stabileren Komplex als n einzähnigeLiganden ähnlicher Eigenschaften. Die Zähnigkeit eines Liganden ist die Anzahl der Donoratome, die an das Metall binden.

Übungsaufgaben zum Kapitel 1

1. Benenne Sie entsprechend der Nomentklaturregeln die folgenden Komplexverbindungen: [Ni(H2O)6]SO4, [CoCl3(H2O)3], Na2[Fe(CO)4], Cs2[NiBr4], Na[Cr(NCS)4(NH3)2], Na[PtBrCl(NO2)(NH3)], [Pd(H2O)2(NH3)2][CuCl4]

2. Geben Sie folgende Komplexverbindungen in Formelschreib-weise an: Pentaaminoxidovanadium(V)chlorid, Kaliumhexacyanoferrat(III), Hexaammincobald(III)chlorid, Kalium-dinatriumpentafluorocuperat

3. Geben Sie jeweils mindestens ein Beispiel für einen 2, 3, 4 und 6-zähnigen Chelatliganden.

4. Nennen Sie die wichtigsten Koordinationspolyeder zu den Koordinationszahlen 4, 5, 6 und 8.

5. Geben Sie die formalen Oxidationsstufen und die Valenz-elektronenkonfiguration folgender Komplexe an:

[V(H2O)6]4+, [Ti(H2O)6]3+, [V(H2O)6]3+, [Pd(NH3)4]2+, [Mn(CO)5H], [CuCl4]2-, Na[CrBrCl(NO2)2(NH3)2]