Anorganische Chemie für Biologen -...

Anorganische Chemiefür Biologen

Nadja GiesbrechtAK Prof. Dr. Thomas BeinRaum: E3.005Tel: 089/[email protected]

Inhalte

• Stöchiometrie – chemisches Rechnen

• Chemisches Gleichgewicht – Massenwirkungsgesetz

• Säure-Base-Theorie

• Komplexchemie

• Redox-Theorie

• Löslichkeitsgleichgewichte

• Anionen-Kationen-Nachweise

Seminar Anorganische Chemie für Biologen 2

Rückblick

Ac-H Ac- + H+

L + |B S B

Lewis-Säure Lewis-Base


Brønsted-Lowry-Theorie: Säuren sind Protonen-Donatoren, Basen sind Protonen-Akzeptoren

Protonenabgabe

Protonenaufnahme

Lewis-Theorie: Säuren sind Elektronenpaar-Akzeptoren,

Basen sind Elektronenpaar-Donatoren

Was sind Komplexe?

Komplexchemie ≠ komplexe Chemie

Ein Komplex ist ein Molekül oder Ion (=geladenes Molekül), in dem ein Zentralatom von einem oder mehreren Molekülen oderIonen, den Liganden, umgeben ist, die an das Zentralatomgebunden sind.


Zentralatom

Ligand

Entdeckung der Komplexe


Alfred Werner

Nobelpreis 1913

CoCl3 · 6 NH3

CoCl3 · 5 NH3

CoCl3 · 4 NH3

CoCl3 · 4 NH3

+ AgNO3 AgCl

+ NaOH Co(OH)3 + NH3

NH3·NH3· CoNH3·

·NH3

·NH3

·NH3

Cl3

Bezeichnung von Komplexen


[Co (NH3)6 ]3+ [ZLn]m

Z : ZentralatomL : Ligandn : Koordinationszahlm: Ladung

Gegenion

Bildung von Komplexen

Säure/Base-Konzept von G. N. Lewis:

Säuren sind Elektronenpaarakzeptoren

Basen sind Elektronenpaardonatoren

Z + |L Z LLewis-Säure Lewis-Base Komplex


Chelatkomplexe

Die meisten Liganden können nur über ein Atom koordinieren:

Beispiele: |Cl- |NH3 |H- |C=O

Die Zähnigkeit eines Liganden gibt an, über wieviele Atome ergleichzeitig koordiniert.


Chelatkomplexe

Hat in einem Komplex mindestens ein Ligand eine Zähnigkeit > 1, spricht man von einem Chelatkomplex.

Chelatkomplexe sind besonders stabil.


Mn+

[Ni(H2O)6]2+ + 6 NH3 [Ni(NH3)6]2+ + 6 H2O

[Ni(H2O)6]2+ + 3 en [Ni(en)3]2+ + 6 H2O

K = 1,2·109

K = 6,8·1017

EDTA

Chelatkomplexe in biologischen Systemen


Chlorophyll Häm

Nomenklatur von Komplexen


1. Fall: Kationische und neutrale Komplexe

[CoCl(NH3)5]Br2

Pentaamminchloridocobalt(III) - bromid

Kation Anion (falls vorhanden)

5 NH3-Liganden 1 Cl-

-LigandKobalt imOxidationszustand +3

Liganden: - in alphabetischer Reihenfolge- an anionische Ligandennamen wird –o angehängt (chlorido, hydroxido...)- neutrale und kationische werden namentlich nicht verändertAusnahmen: H2O (aqua), NH3 (ammin), CO (carbonyl), NO (nitrosyl)



2. Fall: Anionische und neutrale Komplexe

Es gelten die gleichen Regeln wie für Fall 1. Das Zentralion wird zum Schluss mit dem lateinischen Wortstamm (falls vorhanden) und der Endung –at angegeben, z.B. –ferrat (Fe), –plumbat (Pb)

Na2[MoOCl4]

Natrium - Tetrachloridooxidomolybdat(IV)

Kation Anion

4 Cl-

-Liganden

Oxid, O2-

-LigandMolybdän in derOxidationsstufe +4 (-at)



1. Name des Kations vor dem Namen des Anions angeben.

2. Liganden werden vor dem Metall genannt. Liganden werden in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Präfixe zur Angabe der Anzahl der Liganden werden nicht berücksichtigt.

3. Die Namen anionischer Liganden enden auf den Buchstaben o, während die neutralen Liganden nur aus dem Namen des Moleküls bestehen (Ausnahmen beachten!)

4. Sollte mehr als ein Ligand eines bestimmten Typs vorliegen, werden zur Anzeige der Anzahl des jeweiligen Liganden griechische Präfixe (di-, tri-, tetra-, penta- und hexa-) verwendet. Wenn der Ligand selbst ein derartiges Präfix enthält (z.B. Ethylendiamin) werden alternative Präfixe verwendet (bis-, tris-, tetrakis-, pentakis-, hexakis-) und der Name des Liganden wird in Klammern geschrieben.

5. Wenn es sich bei dem Komplex um ein Anion handelt, wird dem Namen die Endung –at angehängt.

6. Die Oxidationszahl des Metalls wird in römischen Zahlen hinter dem Namen des Metalls in Klammern angegeben.



Häufige Liganden:

Cl- chlorido H2O aqua

Br- bromido NH3 ammin

I- iodido O2- oxido

OH- hydroxido SCN- thiocyanato

S2- sulfido NO2- nitrito

SO42- sulfato CO carbonyl

SO32- sulfito OCN- cyanato

NO3- nitrato CN- cyanido

S2O32- thiosulfato

Regeln zum Aufstellen von Komplexformeln


1. Kationen werden vor den Anionen angegeben.

2. Komplexe Ionen/Moleküle werden mit eckigen Klammerneingefasst.

3. Das Zentralatom wird zuerst angegeben.

4. Danach alle Liganden, wobei die Symbole nach Alphabet sortiert werden. (Ausnahme: Metalloxidkationen, z.B TiO2+)

5. Moleküle und Molekülionen werden in runde Klammerngesetzt

6. Die Summe der Ladungen von Zentralatom und Ligandenwird als Hochzahl nach der Klammer angegeben.

Tetraammindiaquakupfer(II)

[Cu(H2O)2(NH3)4]2+

PSE


Exkurs: Atomorbitale


Im quantenmechanischen Atommodell be-setzen die Elektronen eines Atoms verschie-dene Orbitale, d.h. Zustände mit hoherAufenthaltswahrscheinlichkeit und defin-ierter Geometrie.

s

p

d

Struktur von Komplexen


Ligandenfeldtheorie


Bei Übergangsmetallen wechselwirken die d-Orbitale der Valenz-schale geometrieabhängig mit den Liganden

Oktaedrisches Ligandenfeld


Energie

Ligandenfeldtheorie


Hund‘sche Regel: Beim Auffüllen von Orbitalen gleicher Energiewird der Gesamtspin maximiert.

Größe der Ligandenfeldaufspaltung


Die Größe der Aufspaltung hängt sowohl vom Zentralatom alsauch von den Liganden ab.

Tetraedrisches Ligandenfeld


Farbigkeit von Komplexen


Farbigkeit von Komplexen


hv

Übung


Benennen sie die Verbindung K4[Fe(CN)6]. Welche d-Elektronen-konfiguration hat das Eisenatom im Komplex?

Kaliumhexacyanidoferrat(II)

Eisen(II): 6 d-Elektronen

CN- erzeugt ein sehr starkes Ligandenfeld, daher bildet sich ein d6

low-spin Komplex

Magnetismus bei Komplexverbindungen


Ein Elektron besitzt einen „Spin“. Atome und Moleküle mitungepaarten Elektronenspins verhalten sich wie kleineMagnete (para- oder ferromagnetisch). Sind alle Spinsgepaart, wird diamagnetisches Verhalten beobachtet.

diamagnetisch paramagnetisch ferromagnetisch

Diamagnete werden durch Magnetfeld abgestoßen.Paramagnete werden durch Magnetfeld angezogen.Ferromagnete werden durch Magnetfeld selbst magnetisch (temporär oder permanent).

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