Aufbau und Nomenklatur von Komplexverbindungen
Komplexverbindungen bestehen aus einem Zentralion (meist ein Metallion wie Cu²⁺), das von Liganden (z.B. NH₃, H₂O oder CN⁻) umgeben ist. Zusammen bilden sie das Komplexteilchen, das von Gegenionen begleitet werden kann. Bei der Benennung dieser Komplexverbindungen folgen wir bestimmten Regeln.
Für die Formelschreibweise werden zuerst anionische, dann neutrale Liganden alphabetisch sortiert mit ihrer Anzahl aufgeführt. Die Gesamtladung wird am Ende in eckigen Klammern angegeben, wie in [Cr(SCN)(NH₃)₂]⁺. Bei der Benennung nennt man zuerst das kationische Gegenion (falls vorhanden), dann Art und Anzahl der Liganden und schließlich das Zentralion mit seiner Oxidationszahl.
Chelatkomplexe sind besonders stabile Komplexe, bei denen Liganden über mehrere Haftatome an das Zentralion binden. Ein klassisches Beispiel ist [Cu(en)₂]²⁺ mit dem zweizähnigen Ethylendiamin-Liganden. Auch EDTA ist ein wichtiger Chelat-Ligand, der sechszähnig ist und beispielsweise in [Ca(edta)]²⁻ vorkommt.
Praxistipp: Merke dir, dass mehrzähnige Liganden stabilere Komplexe bilden als einzähnige – der sogenannte Chelateffekt beruht auf einem Entropievorteil und ist bei Entgiftungsprozessen im Körper wichtig!
Die Bindung in Komplexen kann durch zwei Modelle erklärt werden: Das elektrostatische Modell beschreibt die Anziehung zwischen ungleichnamigen Ladungen und erklärt die räumliche Struktur. Das Modell der koordinativen Bindung betrachtet die Elektronenpaarbildung zwischen Ligand und Zentralion – hier gilt oft die 18-Elektronenregel für stabile Komplexe.
Ligandenaustauschreaktionen und Anwendungen
Ligandenaustauschreaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen, bei denen Liganden schrittweise ersetzt werden. Diese Austauschreaktionen finden nur statt, wenn das Produkt stabiler ist als der Ausgangsstoff und sind oft mit Farbreaktionen gekoppelt. Beispiele sind [Fe(H₂O)₆]³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ [Fe(SCN)₃(H₂O)₃] + 3H₂O (gelb → rotbraun) oder [Cu(H₂O)₆]²⁺ + 4Cl⁻ ⇌ [CuCl₄]²⁻ + 6H₂O (tiefblau → grün).
Die Stabilität eines Komplexes wird durch die Komplexzerfallskonstante KD beschrieben – je kleiner KD, desto stabiler ist der Komplex. In der Komplexometrie nutzt man Ligandenaustauschreaktionen zur Titration, beispielsweise bei der Bestimmung der Wasserhärte mit EDTA.
Wichtige Anwendungen der Komplexchemie sind die Maskierung von Metallionen in stabilen Komplexen und Aquakomplexe als Kristallwasser wie [Cu(H₂O)₆]²⁺ (Hexaaquakupfer(II)). Bei der Komplexometrie nutzt man Indikatoren wie HIn, die selbst Komplexe mit Metallionen bilden und durch Farbumschlag den Äquivalenzpunkt anzeigen.
Klausurtipp: Lerne die wichtigsten Farbänderungen bei Ligandenaustauschreaktionen auswendig – sie werden häufig in Klausuren abgefragt!